固体粒子环中小卫星的迁移：理论与对土星螺旋桨结构的应用

卡西尼号探测器在土星A环中通过它们产生的所谓“螺旋桨”特征识别出了百米大小的物体。这些小卫星应因其与环的引力相互作用而迁移；事实上，已经检测到一些轨道变化。行星在原行星盘中I型迁移的标准理论不能应用于环系统，因为环系统是无压的。因此，我们通过解析和数值方法计算了嵌入在具有平坦面密度分布的二维固体粒子盘中的小卫星所感受到的差分力矩。我们发现相应的迁移率太小，无法解释观测到的土星A环中螺旋桨轨道的变化。然而，局部密度涨落（由于边缘引力稳定的A环中的引力尾迹）可能对小卫星施加随机力矩。我们的模拟表明，根据环的参数，该力矩可能足够大以解释观测结果。我们发现，在几年时间尺度上，螺旋桨的迁移可能由随机效应主导（而之前的非随机迁移在约$10^{4-5}$年后占主导）。在这种情况下，迄今为止观测提供的迁移率表明A环的面密度应在700 kg/m^2量级。螺旋桨的年龄不应超过1到1亿年，具体取决于主导的迁移机制。