TRACE：一种用于天体物理近期碰撞的时间可逆代码

我们提出了 TRACE，一种近似时间可逆的混合型积分器，用于解决行星 N 体问题。类似于混合型符号积分器，TRACE 能够在保持固定时间步长符号方法（如 Wisdom-Holman 图）的许多准确性和速度优势的同时，解决粒子之间的近期碰撞问题。TRACE 在近期碰撞期间遵循 Hernandez & Dehnen 的方法实现可逆切换。在本文中，我们描述了 TRACE 的推导与实现，并研究其在各种天体物理系统中的性能。在所有测试案例中，TRACE 的准确性和速度至少与混合符号积分器 MERCURIUS 相当。在许多情况下，TRACE 的性能远优于 MERCURIUS。在包含行星-行星近期碰撞的测试案例中，TRACE 的准确性与 MERCURIUS 相同，但实现了 12 倍加速。如果考虑与中心恒星的近期碰撞，TRACE 在获得良好误差性能方面，而 MERCURIUS 无法给出定性正确的结果。在暴力散射系统的集合测试中，TRACE 匹配了高精度 IAS15，同时实现了 15 倍加速。在大规模 N 体系统中模拟月球形成时，TRACE 定性上与 IAS15 相同，但实现了 41 倍加速。我们还讨论了一些情况下（如 von Zeipel-Lidov-Kozai 循环），混合积分器表现不佳，并提供了关于应使用哪种积分器的指导。TRACE 已可在 REBOUND 软件包中免费获取。