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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
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  • 收稿日期:  2021-08-18
  • 刊出日期:  2021-09-30

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