Interakce migrujících obřích planet a malých těles sluneční soustavy

• Thesis title in Czech: Interakce migrujících obřích planet a malých těles sluneční soustavy
• Thesis title in English: Interactions of migrating giant planets and small solar-system bodies
• Key words: migrace planet, planetky, rezonance, N-částicové modely, srážky
• English key words: planetary migration, asteroids, resonance, N-body models, collisions
• Academic year of topic announcement: 2013/2014
• Thesis type: diploma thesis
• Thesis language: čeština
• Department: Astronomical Institute of Charles University (32-AUUK)
• Supervisor: doc. Mgr. Miroslav Brož, Ph.D.
• Author: hidden - assigned and confirmed by the Study Dept.
• Date of registration: 11.11.2013
• Date of assignment: 12.11.2013
• Confirmed by Study dept. on: 27.11.2013
• Date and time of defence: 04.06.2015 00:00
• Date of electronic submission: 06.05.2015
• Date of submission of printed version: 07.05.2015
• Date of proceeded defence: 04.06.2015
• Opponents: Mgr. Richard Wünsch, Ph.D.

Guidelines

Navrhované téma navazuje do jisté míry na práci bakalářskou:
"Původ asteroidů ve 2:1 rezonanci středního pohybu s Jupiterem",
ve které byly testovány dvě hypotézy původu této zajímavé populace:

(i) jedná se zbytek primordiální populace, jež přečkala
perturbace vznikající při migraci planet;
(ii) jde o tělesa zachycená při migraci z hlavního pásu asteroidů.

Součástí diplomové práce by bylo studium dalších hypotéz:

(iii) tělesa se původně nacházela v transneptunickém disku komet;
(iv) pozorovaná populace (nebo její část) vznikla rozpadem
mateřského tělesa.

Cílem je příprava odborného článku (do časopisu MNRAS nebo obdobného),
která vyžaduje mimo jiné řádové zvětšení počtu testovacích částic,
započtení vlivu Jarkovského jevu a terestrických planet na dlouhodobý
vývoj těles v rezonanci nebo důkladnější testování migrace dle scénáře
"skákajícího Jupiteru" (Morbidelli et al. 2010) nebo "páté planety"
(Nesvorný 2011).

Součástí práce jsou úpravy integrátoru SWIFT (Levison & Duncan 1994),
např. implementace interpolace pohybu planet v kartézských souřadnicích
(dle zadaného scénáře) a porovnání s interpolací v orbitálních elementech.
Plánujeme též spolupráci s K. Tsiganisem (Aristotle University of Thessaloniki).

Mezi další směry, kterými lze práci rozvíjet, patří:

- ověření, jak by primordiální částice v rezonanci J2/1 byly ovlivňovány
planetárními embryii z hlavního pásu (O'Brien et al. 2007);

- hydrodynamické simulace protoplanetárního disku pomocí kódu Fargo
(Masset 2000), s rezonančními částicemi, které jsou vnořené v plynu
a ovlivňované třením;

- posouzení modelů migrace pomocí kráterování na měsících obřích planet,
tzn. další nezávislé omezení modelů; v této úloze je nutné použít
škálovací zákony projektil-kráter (Melosh 1989);

- simulace vzniku Oortova oblaku a rozptýleného disku (Brasser & Morbidelli 2013),
s implementací vlivu galaktických slapů a těsných průletů okolních hvězd;

- výpočet vývoje self-gravitujícího disku (Levison et al. 2011) s využitím
tree-kódu pkdgrav2 (http://hpcforge.org/projects/pkdgrav2/, Stadel 2001).

References

Brasser R., A. Morbidelli, 2013, Oort cloud and Scattered Disc formation during
a late dynamical instability in the Solar System, Icarus, 225, 40-49.

Brož M., D. Vokrouhlický, 2008, Asteroid families in the first-order resonances
with Jupiter. Mon. Not. R. Astron. Soc., 390, 715.

Levison H.F., Duncan M., 1994, The long-term dynamical behavior of short-period
comets, Icarus, 108, 18-36.

Levison H.F, Morbidelli A., Tsiganis K., Nesvorný D., Gomes R., 2011,
Late orbital instabilities in the outer planets induced by interaction
with a self-gravitating planetesimal disk, Astron. J., 142, 152.

Masset F., 2000, FARGO: A fast eulerian transport algorithm for differentially
rotating disks, Astron. Astrophys. Suppl. Ser., 141, 165-173.

Melosh, H.J., 1989. Impact cratering: A geologic process. Oxford University
Press, New York. 345 pp.

Morbidelli A., R. Brasser, R. Gomes, H.F. Levison, K. Tsiganis, 2010. Evidence
from the Asteroid Belt for a Violent Past Evolution of Jupiter's Orbit.
Astron. J., 140, 1391.

Nesvorný, D., 2011. Young Solar System's Fifth Giant Planet? Astrophys. J.,
742, 22.

O'Brien D.P., A. Morbidelli, W.F. Bottke, 2007, The primordial excitation
and clearing of the asteroid belt - Revisited. Icarus, 191, 2, 434-452.

Stadel J.G., 2001, Cosmological N-body simulations and their analysis.
Ph.D. thesis, University of Washington.

Preliminary scope of work

TBD

Preliminary scope of work in English

TBD