[发明专利]一种考虑冰含量的彗星准束缚态尘埃动力学建模方法

说明书

本发明涉及一种考虑冰含量的彗星准束缚态尘埃动力学建模方法。该方法根据彗核引力、太阳引力、太阳光压力、气体作用力和升华反冲力建立彗星尘埃动力学模型，引入了尘埃表面冰覆盖率系数，可以实现对尘埃表面冰含量的分析，具体为：步骤一：建立尘埃表面温度模型；步骤二：建立彗星轨道坐标系；步骤三：建立准束缚态尘埃动力学方程。本发明在逃逸态尘埃动力学模型的基础上，额外考虑了气体作用力和升华反冲力，建立了准束缚态尘埃的动力学模型，通过该模型可求解准束缚态尘埃的运动。同时由于尘埃表面冰覆盖率决定了尘埃受到的升华反冲力，故该模型的求解可反映尘埃的冰含量。

技术领域

本发明涉及一种考虑冰含量的彗星准束缚态尘埃动力学建模方法。该方法根据彗核引力、太阳引力、太阳光压力、气体作用力和升华反冲力建立彗星尘埃动力学模型，引入了尘埃表面冰覆盖率系数，可以实现对尘埃表面冰含量的分析，属于天文领域。

背景技术

彗星是来自于太阳系外侧奥尔特云的太阳系小天体。由于彗核尺寸较小，其结构松散且内部重力较低，因此无显著地质活动，故其内部结构与成分可得到长期保存。由于彗星轨道偏心率一般较大，彗星长期处于低太阳辐射环境中，彗核表面物质也保留了太阳系演化初期的成分与形态。因此，研究彗星对于太阳系和行星演化历史的研究具有重要意义。

彗星尘埃在彗核表面气体拖拽下离开彗核，按其尺寸和运动状态可分为逃逸态尘埃和准束缚态尘埃。准束缚态尘埃的尺寸一般在在几毫米至几分米量级，其受到彗核附近的气体拖拽作用较弱，获得的脱离速度与彗核逃逸速度相当，会在彗核引力场中作数小时至数天的准束缚态运动后脱离彗核引力作用逃逸。

在2010年“EPOXI”项目对彗星103P/Hartley 2的探测中，研究者第一次发现了准束缚态尘埃。2015年，罗塞塔项目在对活动性较弱的彗星67P/Churyumov-Gerasimenko观测中也发现了大量准束缚态尘埃。由此，研究者认识到准束缚态尘埃可能是彗星的普遍现象。大尺寸准束缚态尘埃的研究对于彗星观测图像的分析和彗星演化的研究有重要意义。传统研究方法多采用简化的逃逸态尘埃动力学模型，无法描述准束缚态尘埃的运动。因此，设计一种更为精细的准束缚态尘埃动力学模型成为必需。

发明内容

1、目的

本发明提供一种彗星准束缚态尘埃动力学建模方法，以实现对准束缚态尘埃运动的描述，进而揭示彗星的物理特征。

2、技术方案

为了实现上述发明目的，本发明采用以下技术方案。

简化假设彗核和尘埃为球体；假设尘埃之间无相互作用，忽略尘埃之间的碰撞黏附。

在上述假设的前提下，建立准束缚态尘埃的动力学模型包括以下步骤：

步骤一：建立彗核/尘埃表面温度模型

所述彗核/尘埃温度模型反映了彗核/尘埃表面任意一点的温度。彗核/尘埃表面的辐射能量包括日照辐射能量和全球基础温度辐射能量两部分。

所述日照辐射能量来源于太阳辐射，彗核/尘埃服从不良导体传热规则和辐射定律；所述全球基础温度辐射能量由彗核/尘埃的导热效应和自转产生。

步骤二：建立彗星轨道坐标系s

所述彗星轨道坐标系是指原点为彗核中心的相对坐标系。

步骤三：建立准束缚态尘埃动力学方程

所述准束缚态尘埃动力学方程投影在彗星轨道坐标系，在该相对坐标系下，尘埃受到彗核引力、太阳引力、太阳光压力、气体作用力、升华反冲力、牵连惯性力和科里奥利力作用。

(1)彗核引力：

所述彗核引力为彗核对尘埃的引力，方向由尘埃质心指向彗核质心。

(2)太阳引力：