类木行星轨道迁移与Kuiper带结构形成

本项目研究行星科学国际前沿课题，内容包括：太阳系形成晚期四个类木行星在有自引力的星子盘中的吸积生长和轨道演化；类木行星轨道迁移过程中的共振俘获、引力散射等动力学机制对Kuiper带结构形成的影响；当前Kuiper带的观测特征对类木行星轨道迁移模型的约束；Kuiper带小天体的动力学演化和稳定性。通过本项目的研究，了解类木行星的形成和演化历史，解释目前观测到的Kuiper带小天体的轨道特征的形成，进而揭示行星系统的一般结构和动力学演化过程，发展天体力学研究中的新方法。

本项目研究了太阳系动力学中的前沿课题，内容包括：类木行星的轨道迁移和吸积生长，Kuiper带小天体的形成和演化，以及相关的天体力学基础理论研究。通过三年的研究工作，在SCI刊物上发表论文4篇，包括MNRAS和A&A上各一篇（均为第一作者）， 且获得了包括Science在内的多次引用。另外还有1篇SCI文章正在审稿之中。同时还积极开展了国内、国际学术交流。.. 本项目取得的主要研究进展有：(1) 我们与剑桥大学的Aarseth博士合作，利用运行在特殊计算机上的程序，模拟了类木行星在有自引力星子盘中的演化。我们的研究结果否定了许多工作中关于天王星和海王星可以一边迁移一边长大的假设；此外，还解决了Nice模型（当前解释太阳系形成最流行的模型）中海王星停留在25个天文单位而无法迁移到当前位置(30个天文单位)的问题；(2) 系统地研究了高倾角冥族小天体（处于海王星的2:3平运动共振区）的动力学。我们发展了一种新的半分析方法，研究了平运动共振性质（如共振角和振幅）与小天体倾角的关系。基于半分析结果，进而研究了冥族小天体的轨道倾角对其稳定性、以及被海王星的2:3共振俘获的影响，并预测在未来的观测中，可能会有倾角超过40度（当前观测值的上限）的冥族小天体被发现；(3) 对最新发现的两个高倾角的海王星特洛伊小天体（在拉格朗日点L5附近），利用统计方法，我们研究了它们的动力学稳定性，并分析了它们的来源和将来的归宿；(4) 在非线性天体力学基础理论方面，揭示了火星附近的弱稳定区域的尺度和结构；此外，还研究了保体积映射中双曲结构对轨道扩散速度的影响，给出了定量的计算结果。