留言板

尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持!

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

圆型限制性三体问题的动力学特征

刘文芳 胡诗杨 刘福窑

刘文芳, 胡诗杨, 刘福窑. 圆型限制性三体问题的动力学特征[J]. 上海工程技术大学学报, 2021, 35(3): 272-280.
引用本文: 刘文芳, 胡诗杨, 刘福窑. 圆型限制性三体问题的动力学特征[J]. 上海工程技术大学学报, 2021, 35(3): 272-280.
LIU Wenfang, HU Shiyang, LIU Fuyao. Dynamics characteristics of circular restricted three-body problem[J]. Journal of Shanghai University of Engineering Science, 2021, 35(3): 272-280.
Citation: LIU Wenfang, HU Shiyang, LIU Fuyao. Dynamics characteristics of circular restricted three-body problem[J]. Journal of Shanghai University of Engineering Science, 2021, 35(3): 272-280.

圆型限制性三体问题的动力学特征

基金项目: 国家自然科学基金资助项目(U2031145);上海工程技术大学科普专项资助项目(KP2105)
详细信息
    作者简介:

    刘文芳(1970−),女,助教,本科,研究方向为天文科普. E-mail:736090267@qq.com

    通讯作者:

    刘福窑(1963−),男,教授,博士,研究方向为天体力学数值方法与非线性动力学. E-mail:liufuyao2017@163.com

  • 八九阶变步长龙格−库塔法[RKF8(9)]是一种高精度、可自适应步长的数值积分算法. 此算法可以在不同的积分步数中,自动选择最优步长,尽可能减少舍入误差,并在一定积分时间内将系统守恒量(如本文的雅可比常数Cj)误差维持在机器精度.
  • 系统不可积是存在混沌轨道的必要非充分条件.
  • 中图分类号: P132+.2; N93

Dynamics characteristics of circular restricted three-body problem

  • 摘要: 禁行域在圆型限制性三体问题中对第三体的运动有极为重要的影响. 利用零速度曲线讨论天体禁行域与系统参数之间的关系. 禁行域与雅可比常数有关,且能影响天体的运动区域和轨道构型. 利用最大李雅普诺夫指数寻找该模型的混沌轨道,给出混沌轨道在不同系统参数下随天体初始位置的分布. 这些分布说明,当第三天体从两主天体连线的中点处释放时,容易产生混沌运动;当质量参量足够小时,体系无法产生混沌现象.
    1)  八九阶变步长龙格−库塔法[RKF8(9)]是一种高精度、可自适应步长的数值积分算法. 此算法可以在不同的积分步数中,自动选择最优步长,尽可能减少舍入误差,并在一定积分时间内将系统守恒量(如本文的雅可比常数Cj)误差维持在机器精度.
    2)  系统不可积是存在混沌轨道的必要非充分条件.
  • 图  1  三体系统在旋转坐标系中的运动示意图

    Figure  1.  Sketch map of motion of three-body system in rotating frame

    图  2  不同参数下第三天体的运动区域和禁行域示意图

    Figure  2.  Sketch maps of motion region and forbidden zone of the third body for different parameters

    图  3  雅可比常数Cj = 3.003时不同轨道示意图

    Figure  3.  Sketch maps of different orbits when Jacobi constant Cj = 3.003

    图  5  雅可比常数Cj = 3.050时不同轨道示意图

    Figure  5.  Sketch maps of different orbits when the Jacobi constant Cj = 3.050

    图  4  雅可比常数Cj = 3.010时不同轨道示意图

    Figure  4.  Sketch maps of different orbits when Jacobi constant Cj = 3.010

    图  6  不同轨道的最大李雅普诺夫指数

    Figure  6.  The maximum Lyapunov exponents for different orbits

    图  7  不同质量参量下最大李雅普诺夫指数λ与初始坐标x0的关系

    Figure  7.  Relations between the maximum Lyapunov exponents λ and initial coordinates x0 for different mass parameters

    表  1  不同测试轨道的雅克比常数及初始横坐标参数

    Table  1.   Parameters of Jacobian constant and initial x-coordinate values for different test orbits

    轨道Cjx0
    13.0030.10
    23.0030.35
    33.003−1.10
    43.0031.05
    53.0100.05
    63.0100.20
    73.0100.66
    83.0101.05
    93.0500.10
    103.0500.80
    113.0500.98
    123.0501.12
    下载: 导出CSV
  • [1] ABBOTT B P, ABBOTT R, ABBOTT T D, et al. Observation of gravitational waves from a binary black hole merge[J] . Physical Review Letters,2016,116(6):061102. doi: 10.1103/PhysRevLett.116.061102
    [2] SZEBEHELY V, PETERS C F. Complete solution of a general problem of three body[J] . The Astronomical Journal,1967,72:876. doi: 10.1086/110355
    [3] LOUSTO C O, NAKANO H. Three-body equations of motion in successive post-Newtonian approximations[J] . Classical And Quantum Gravity,2008,25(19):195019. doi: 10.1088/0264-9381/25/19/195019
    [4] IMAI T, CHIBA T, ASADA H. Choreographic solution to the general-relativistic three-body problem[J] . Physical Review Letters,2007,98(20):201102. doi: 10.1103/PhysRevLett.98.201102
    [5] ŠUVAKOV M, DMITRAŠINOVIĆ V. Three classes of Newtonian three-body planar periodic orbits[J] . Physical Review Letters,2013,110(11):114301. doi: 10.1103/PhysRevLett.110.114301
    [6] LI D, WU X, LIANG E W. Figure-eight orbits in three post-Newtonian formulations of triple black holes[J] . Physical Review D,2021,104(4):044039. doi: 10.1103/PhysRevD.104.044039
    [7] WHITTAKER E T. On periodic orbits in the restricted problem of three bodies[J] . Monthly Notices of the Royal Astronomical Society,1902,62(5):346 − 352. doi: 10.1093/mnras/62.5.346a
    [8] MACMILLAN W D. An integrable case in the restricted problem of three bodies[J] . The Astronomical Journal,1911,27:11 − 13. doi: 10.1086/103918
    [9] 吴小婧, 曾凌川, 巩应奎. DRO计算及其在地月系中的摄动力研究[J] . 北京航空航天大学学报,2020, 46(5):883 − 892.
    [10] 廖新浩, 刘林. 椭圆型限制性三体问题中的轨道共振[J] . 天文学报,1988, 29(1):97 − 105.
    [11] 张汉清, 李言俊, 张科. 一种计算圆形限制性三体问题周期轨道的新方法[J] . 中国科学: 科学技术,2011(8):1078 − 1083.
    [12] 陈云龙, 伍歆. 力梯度辛方法在圆型限制性三体问题中的应用[J] . 物理学报,2013, 62(14):41 − 48.
    [13] 石绍伍, 马大柱. 含辐射和扁率的圆型限制性三体问题的轨道稳定性研究[J] . 天文学报,2019,60(3):36 − 46.
    [14] 李翔宇, 乔栋, 程潏. 三体轨道动力学研究进展[J] . 力学学报,2021,53(5):1223 − 1245. doi: 10.6052/0459-1879-20-367
    [15] 周衍柏. 理论力学教程[M]. 3版. 北京: 高等教育出版社, 2009: 233-234.
    [16] 辛晓生, 侯锡云, 刘林. 地月系L1点的月球借力间接转移轨道设计[J] . 飞行器测控学报,2014(1):65 − 70.
    [17] WU X, HUANG T Y. Computation of Lyapunov exponents in general relativity[J] . Physics Letters. A,2003,313(1−2):77 − 81. doi: 10.1016/S0375-9601(03)00720-5
    [18] WU X, HUANG T Y, ZHANG H. Lyapunov indices with two nearby trajectories in a curved spacetime[J] . Physical Review D: Particles, Fields, Gravitation, and Cosmology,2006,74(8):3001. doi: 10.1103/PhysRevD.74.083001
    [19] PECORA L M, CARROLL T L. Synchronization in chaotic systems[J] . Physical Review Letters,1990,64:821 − 823. doi: 10.1103/PhysRevLett.64.821
    [20] HUANG G Q, WU X. Dynamics of the post-Newtonian circular restricted three-body problem with compact objects[J] . Physical Review D,2014,89(12):124034. doi: 10.1103/PhysRevD.89.124034
    [21] SU X N, WU X, LIU F Y. Application of the logarithmic Hamiltonian algorithm to the circular restricted three-body problem with some post-Newtonian terms[J] . Astrophysics And Space Science,2016,361(1):32. doi: 10.1007/s10509-015-2614-y
  • 加载中
图(7) / 表(1)
计量
  • 文章访问数:  670
  • HTML全文浏览量:  407
  • PDF下载量:  199
  • 被引次数: 0
出版历程
  • 收稿日期:  2021-08-18
  • 刊出日期:  2021-09-30

目录

    /

    返回文章
    返回