Regiões de estabilidade no ambiente de um sistema de asteroide triplo

This work was developed from the study by Araujo, R.A.N. et al. Stability regions around the components of the triple system 2001 SN263. (Monthly Notices Of The Royal Astronomical Society, 2012, v. 423(4), 3058-3073 p.) where it was studied the stable and unstable regions system (2001 SN263), which is a triple asteroid system, and these are celestial orbiting our sun. Being close to the Earth is characterized as NEA (Near-Earth Asteroids), asteroids and which periodically approach the Earth's orbit, given that there is great interest in the study and exploitation of these objects, it is the key can carry features that contribute to better understand the process of formation of our solar system. Study the dynamics of bodies that govern those systems proves to be greatly attractive because of the mutual gravitational perturbation of bodies and also by external disturbances. Recently, NEA 2001 SN263 was chosen as a target of Aster mission where a probe is sent for this triple system, appearing therefore the need for obtaining information for characterizing stable regions internal and external to the system, with respect to the effects of radiation pressure. First, this study demonstrated that the integrator used showed satisfactory results of the orbital evolution of bodies in accordance with previous studies and also the characterization of stable and unstable regions brought similar results to the study by Araujo et al. (2012). From these results it was possible to carry out the implementation of the radiation pressure in the system in 2001 SN263, in a region close to the central body, where the simulations were carried out, which brought as a result that the regions before being characterized as stable in unstable true for small particles size from 1 to 5 micrometers. So the next orbital region to the central body and the ... ( Complete abstract click electronic access below)

Multi-planet extrasolar systems - detection and dynamics

20 years after the discovery of the first planets outside our solar system, the current exoplanetary population includes more than 700 confirmed planets around main sequence stars. Approximately 50% belong to multiple-planet systems in very diverse dynamical configurations, from two-planet hierarchical systems to multiple resonances that could only have been attained as the consequence of a smooth large-scale orbital migration. The first part of this paper reviews the main detection techniques employed for the detection and orbital characterization of multiple-planet systems, from the (now) classical radial velocity (RV) method to the use of transit time variations (TTV) for the identification of additional planetary bodies orbiting the same star. In the second part we discuss the dynamical evolution of multi-planet systems due to their mutual gravitational interactions. We analyze possible modes of motion for hierarchical, secular or resonant configurations, and what stability criteria can be defined in each case. In some cases, the dynamics can be well approximated by simple analytical expressions for the Hamiltonian function, while other configurations can only be studied with semi-analytical or numerical tools. In particular, we show how mean-motion resonances can generate complex structures in the phase space where different libration islands and circulation domains are separated by chaotic layers. In all cases we use real exoplanetary systems as working examples.

TUNGSTEN ISOTOPIC COMPOSITIONS IN STARDUST SiC GRAINS FROM THE MURCHISON METEORITE: CONSTRAINTS ON THE s-PROCESS IN THE Hf-Ta-W-Re-Os REGION

We report the first tungsten isotopic measurements in stardust silicon carbide (SiC) grains recovered from the Murchison carbonaceous chondrite. The isotopes (182,183,184,186)Wand (179,180)Hf were measured on both an aggregate (KJB fraction) and single stardust SiC grains (LS+ LU fraction) believed to have condensed in the outflows of low-mass carbon-rich asymptotic giant branch (AGB) stars with close-to-solar metallicity. The SiC aggregate shows small deviations from terrestrial (= solar) composition in the (182)W/(184)Wand (183)W/(184)Wratios, with deficits in (182)W and (183)W with respect to (184)W. The (186)W/(184)W ratio, however, shows no apparent deviation from the solar value. Tungsten isotopic measurements in single mainstream stardust SiC grains revealed lower than solar (182)W/(184)W, (183)W/(184)W, and (186)W/(184)W ratios. We have compared the SiC data with theoretical predictions of the evolution of W isotopic ratios in the envelopes of AGB stars. These ratios are affected by the slow neutron-capture process and match the SiC data regarding their (182)W/(184)W, (183)W/(184)W, and (179)Hf/(180)Hf isotopic compositions, although a small adjustment in the s-process production of (183)W is needed in order to have a better agreement between the SiC data and model predictions. The models cannot explain the (186)W/(184)W ratios observed in the SiC grains, even when the current (185)W neutron-capture cross section is increased by a factor of two. Further study is required to better assess how model uncertainties (e. g., the formation of the (13)C neutron source, the mass-loss law, the modeling of the third dredge-up, and the efficiency of the (22)Ne neutron source) may affect current s-process predictions.

Records of migration in the exoplanet configurations

When compared to our Solar System, many exoplanet systems exhibit quite unusual planet configurations; some of these are hot Jupiters, which orbit their central stars with periods of a few days, others are resonant systems composed of two or more planets with commensurable orbital periods. It has been suggested that these configurations can be the result of a migration processes originated by tidal interactions of the planets with disks and central stars. The process known as planet migration occurs due to dissipative forces which affect the planetary semi-major axes and cause the planets to move towards to, or away from, the central star. In this talk, we present possible signatures of planet migration in the distribution of the hot Jupiters and resonant exoplanet pairs. For this task, we develop a semi-analytical model to describe the evolution of the migrating planetary pair, based on the fundamental concepts of conservative and dissipative dynamics of the three-body problem. Our approach is based on an analysis of the energy and the orbital angular momentum exchange between the two-planet system and an external medium; thus no specific kind of dissipative forces needs to be invoked. We show that, under assumption that dissipation is weak and slow, the evolutionary routes of the migrating planets are traced by the stationary solutions of the conservative problem (Birkhoff, Dynamical systems, 1966). The ultimate convergence and the evolution of the system along one of these modes of motion are determined uniquely by the condition that the dissipation rate is sufficiently smaller than the roper frequencies of the system. We show that it is possible to reassemble the starting configurations and migration history of the systems on the basis of their final states, and consequently to constrain the parameters of the physical processes involved.

Edelgase in Enstatit-Chondriten

Zusammenfassung - Die vorliegende Dissertation beschreibt die massenspektrometrische Bestimmung der Edelgaskonzentrationen und -isotopenverhältnisse von insgesamt 47 Enstatit-Chondriten (E-Chondriten). E-Chondrite bilden eine Meteoritengruppe, die sich durch einen hohen Reduktionsgrad auszeichnet. Es gibt Hinweise darauf, dass sie im inneren Bereich des Sonnensystems entstanden. Ihre chemischen und mineralogischen Eigenschaften können daher auch Aufschluss über die Genese der terrestrischen Planeten geben. Die Edelgasmessungen hatten im wesentlichen die Berechnung von Bestrahlungsaltern sowie die Untersuchung der getrappten Edelgaskomponenten zum Ziel. Die Bestrahlungsalter der E-Chondrite liegen zwischen 0.5 und 50 Millionen Jahren. Eine zweifelsfreie Aussage über Häufungen in der Altersverteilung, die auf große Impaktereignisse auf dem Mutterkörper hinweisen könnten, lässt sich aufgrund der relativ hohen Unsicherheit der Alter (20 Prozent) nicht treffen.Etwa 10 Prozent der E-Chondrite enthalten signifikante solare Gasanteile. Alle zählen zum nicht-equilibrierten petrologischen Typ 3.In der elementaren Zusammensetzung der getrappten schweren Edelgase fällt auf, dass EH3-Chondrite (H für high iron) vorrangig ein stärker fraktioniertes (planetares), relativ Ar-armes Edelgasmuster aufweisen, während alle übrigen Typen E4-6 von einer sog. subsolaren, relativ Ar-reichen Signatur dominiert werden. Diese Verteilung und Zusammensetzung lassen sich nicht ohne weiteres mit dem Modell zur Entstehung der petrologischen Typen durch Metamorphose, wie es für die gewöhnlichen Chondrite formuliert wurde, erklären.

Astrophysikalische Bedingungen für einen r-Prozess im Hoch-Entropie-Wind von Typ II Supernovae

Sterne mit einer Anfangsmasse zwischen etwa 8 und 25 Sonnenmassen enden ihre Existenz mit einer gewaltigen Explosion, einer Typ II Supernova. Die hierbei entstehende Hoch-Entropie-Blase ist ein Bereich am Rande des sich bildenden Neutronensterns und gilt als möglicher Ort für den r-Prozess. Wegen der hohen Temperatur T innerhalb der Blase ist die Materie dort vollkommen photodesintegriert. Das Verhältnis von Neutronen zu Protonen wird durch die Elektronenhäufigkeit Ye beschrieben. Die thermodynamische Entwicklung des Systems wird durch die Entropie S gegeben. Da die Expansion der Blase schnell vonstatten geht, kann sie als adiabatisch betrachtet werden. Die Entropie S ist dann proportional zu T^3/rho, wobei rho die Dichte darstellt. Die explizite Zeitentwicklung von T und rho sowie die Prozessdauer hängen von Vexp, der Expansionsgeschwindigkeit der Blase, ab. Der erste Teil dieser Dissertation beschäftigt sich mit dem Prozess der Reaktionen mit geladenen Teilchen, dem alpha-Prozess. Dieser Prozess endet bei Temperaturen von etwa 3 mal 10^9 K, dem sogenannten "alpha-reichen" Freezeout, wobei überwiegend alpha-Teilchen, freie Neutronen sowie ein kleiner Anteil von mittelschweren "Saat"-Kernen im Massenbereich um A=100 gebildet werden. Das Verhältnis von freien Neutronen zu Saatkernen Yn/Yseed ist entscheidend für den möglichen Ablauf eines r-Prozesses. Der zweite Teil dieser Arbeit beschäftigt sich mit dem eigentlichen r-Prozess, der bei Neutronenanzahldichten von bis zu 10^27 Neutronen pro cm^3 stattfindet, und innerhalb von maximal 400 ms sehr neutronenreiche "Progenitor"-Isotope von Elementen bis zum Thorium und Uran bildet. Bei dem sich anschliessendem Ausfrieren der Neutroneneinfangreaktionen bei 10^9 K und 10^20 Neutronen pro cm^3 erfolgt dann der beta-Rückzerfall der ursprünglichen r-Prozesskerne zum Tal der Stabilität. Diese Nicht-Gleichgewichts-Phase wird in der vorliegenden Arbeit in einer Parameterstudie eingehend untersucht. Abschliessend werden astrophysikalische Bedingungen definiert, unter denen die gesamte Verteilung der solaren r-Prozess-Isotopenhäufigkeiten reproduziert werden können.

Strukturelle, chemische und isotopische Analysen nanoskaliger präsolarer und früher solarer Kondensate

Neben astronomischen Beobachtungen mittels boden- und satellitengestützer Instrumente existiert ein weiterer experimenteller Zugang zu astrophysikalischen Fragestellungen in Form einer Auswahl extraterrestrischen Materials, das für Laboruntersuchungen zur Verfügung steht. Hierzu zählen interplanetare Staubpartikel, Proben, die von Raumfahrzeugen zur Erde zurückgebracht wurden und primitive Meteorite. Von besonderem Interesse sind sog. primitive kohlige Chondrite, eine Klasse von Meteoriten, die seit ihrer Entstehung im frühen Sonnensystem kaum verändert wurden. Sie enthalten neben frühem solarem Material präsolare Minerale, die in Sternwinden von Supernovae und roten Riesensternen kondensiert sind und die Bildung unseres Sonnensystems weitgehend unverändert überstanden haben. Strukturelle, chemische und isotopische Analysen dieser Proben besitzen demnach eine große Relevanz für eine Vielzahl astrophysikalischer Forschungsgebiete. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurden Laboranalysen mittels modernster physikalischer Methoden an Bestandteilen primitiver Meteorite durchgeführt. Aufgrund der Vielfalt der zu untersuchenden Eigenschaften und der geringen Größen der analysierten Partikel zwischen wenigen Nanometern und einigen Mikrometern mussten hierbei hohe Anforderungen an Nachweiseffizienz und Ortsauflösung gestellt werden. Durch die Kombination verschiedener Methoden wurde ein neuer methodologischer Ansatz zur Analyse präsolarer Minerale (beispielsweise SiC) entwickelt. Aufgrund geringer Mengen verfügbaren Materials basiert dieses Konzept auf der parallelen nichtdestruktiven Vorcharakterisierung einer Vielzahl präsolarer Partikel im Hinblick auf ihren Gehalt diagnostischer Spurenelemente. Eine anschließende massenspektrometrische Untersuchung identifizierter Partikel mit hohen Konzentrationen interessanter Elemente ist in der Lage, Informationen zu nukleosynthetischen Bedingungen in ihren stellaren Quellen zu liefern. Weiterhin wurden Analysen meteoritischer Nanodiamanten durchgeführt, deren geringe Größen von wenigen Nanometern zu stark modifizierten Festkörpereigenschaften führen. Im Rahmen dieser Arbeit wurde eine quantitative Beschreibung von Quanteneinschluss-Effekten entwickelt, wie sie in diesen größenverteilten Halbleiter-Nanopartikeln auftreten. Die abgeleiteten Ergebnisse besitzen Relevanz für nanotechnologische Forschungen. Den Kern der vorliegenden Arbeit bilden Untersuchungen an frühen solaren Partikeln, sog. refraktären Metall Nuggets (RMN). Mit Hilfe struktureller, chemischer und isotopischer Analysen, sowie dem Vergleich der Ergebnisse mit thermodynamischen Rechnungen, konnte zum ersten Mal ein direkter Nachweis von Kondensationsprozessen im frühen solaren Nebel erbracht werden. Die analysierten RMN gehören zu den ersten Festkörperkondensaten, die im frühen Sonnensystem gebildet wurden und scheinen seit ihrer Entstehung nicht durch sekundäre Prozesse verändert worden zu sein. Weiterhin konnte erstmals die Abkühlrate des Gases des lokalen solaren Nebels, in dem die ersten Kondensationsprozesse stattfanden, zu 0.5 K/Jahr bestimmt werden, wodurch ein detaillierter Blick in die thermodynamische Geschichte des frühen Sonnensystems möglich wird. Die extrahierten Parameter haben weitreichende Auswirkungen auf die Modelle der Entstehung erster solarer Festkörper, welche die Grundbausteine der Planetenbildung darstellen.

Extraktion und nanoanalytische Charakterisierung refraktärer Nanometallpartikel frühester solarer Materie und Synthese metallischer Nanopartikel aus dotierten Ca-Mg-Al-Si-Schmelzen

Primitive kohlige Chondrite sind Meteorite, die seit ihrer Entstehung im frühen Sonnensystem kaum verändert wurden und dadurch einen Einblick in Prozesse geben, die zur Bildung und Veränderung der ersten festen Materie führten. Solche Prozesse können anhand von Bruchstücken dieser Meteorite detailliert im Labor studiert werden, sodass Rückschlüsse auf die Entwicklung unseres Sonnensystems im frühen Stadium getroffen werden können. Ca-, Al-reiche Einschlüsse (CAIs) aus chondritischen Meteoriten sind die ersten Festkörper des Sonnensystems und enthalten viele refraktäre Metallnuggets (RMNs), welche hauptsächlich aus den Elementen Os, Ir, Ru, Mo und Pt bestehen. Nach weit verbreiteter Ansicht sind diese Nuggets wahrscheinlich im Gleichgewicht mit dem solaren Nebel kondensiert, bereits früher oder gleichzeitig mit Oxiden und Silikaten. Die exakten Mechanismen, die zu ihren heute beobachteten Eigenschaften führten, sind allerdings unklar. Um frühere Arbeiten fortzuführen, wurde eine hohe Anzahl RMNs in vier unterschiedlichen Typen von Meteoriten detailliert studiert, darunter solche aus dem nahezu unveränderten Acfer 094, Allende (CV3ox), Leoville (CV3red) und Murchison (CM2). Die RMNs wurden in-situ, assoziiert mit ihren Wirtsmineralen und auch in Säurerückständen gefunden, deren Präparationsprozedur in dieser Arbeit speziell für RMNs durch eine zusätzliche Dichtetrennung verbessert wurde.rnDie Ergebnisse decken eine Reihe von Ungereimtheiten zwischen den beobachteten RMN-Eigenschaften und einer Kondensationsherkunft auf, sowohl für Kondensation in solarer Umgebung, als auch für Kondensation aus Material von Supernovae oder roten Riesen, für die die Kondensationssequenzen refraktärer Metalle speziell für diesen Vergleich berechnet wurden. Stattdessen wurden in dieser Arbeit neue Einblicke in die RMN-Entstehung und die Entwicklung der ersten Festkörper (CAIs) durch eine Kombination aus experimentellen, isotopischen, strukturellen und petrologischen Studien an RMNs gewonnen. Viele der beobachteten Eigenschaften sind mit Ausfällung der RMN aus einer CAI-Schmelze vereinbar. Ein solches Szenario wird durch entsprechende Untersuchungen an synthetisch hergestellten, mit refraktären Metallen im Gleichgewicht stehenden CAI-Schmelzen bestätigt. Es folgt aus den Ergebnissen, dass die Mehrzahl der RMNs isotopisch solar ist und alle untersuchten RMNs innerhalb von CAIs bei rascher Abkühlung (um bis zu 1000 °C/40 sek.) einer CAI-Schmelze gebildet wurden. rn

Retrieval simulations of the vertical profiles of water vapour and other chemical species in the Martian atmosphere using PACS

Water vapour, despite being a minor constituent in the Martian atmosphere with its precipitable amount of less than 70 pr. μm, attracts considerable attention in the scientific community because of its potential importance for past life on Mars. The partial pressure of water vapour is highly variable because of its seasonal condensation onto the polar caps and exchange with a subsurface reservoir. It is also known to drive photochemical processes: photolysis of water produces H, OH, HO2 and some other odd hydrogen compounds, which in turn destroy ozone. Consequently, the abundance of water vapour is anti-correlated with ozone abundance. The Herschel Space Observatory provides for the first time the possibility to retrieve vertical water profiles in the Martian atmosphere. Herschel will contribute to this topic with its guaranteed-time key project called "Water and related chemistry in the solar system". Observations of Mars by Heterodyne Instrument for the Far Infrared (HIFI) and Photodetector Array Camera and Spectrometer (PACS) onboard Herschel are planned in the frame of the programme. HIFI with its high spectral resolution enables accurate observations of vertically resolved H2O and temperature profiles in the Martian atmosphere. Unlike HIFI, PACS is not capable of resolving the line-shape of molecular lines. However, our present study of PACS observations for the Martian atmosphere shows that the vertical sensitivity of the PACS observations can be improved by using multiple-line observations with different line opacities. We have investigated the possibility of retrieving vertical profiles of temperature and molecular abundances of minor species including H2O in the Martian atmosphere using PACS. In this paper, we report that PACS is able to provide water vapour vertical profiles for the Martian atmosphere and we present the expected spectra for future PACS observations. We also show that the spectral resolution does not allow the retrieval of several studied minor species, such as H2O2, HCl, NO, SO2, etc.

ARIS-Campaign: Intercomparison of three ground based 22 GHz radiometers for middle atmospheric water vapor at the Zugspitze in winter 2009

This paper presents the Alpine Radiometer Intercomparison at the Schneefernerhaus (ARIS), which took place in winter 2009 at the high altitude station at the Zugspitze, Germany (47.42° N, 10.98° E, 2650 m). This campaign was the first direct intercomparison between three new ground based 22 GHz water vapor radiometers for middle atmospheric profiling with the following instruments participating: MIRA 5 (Karlsruhe Institute of Technology), cWASPAM3 (Max Planck Institute for Solar System Research, Katlenburg-Lindau) and MIAWARA-C (Institute of Applied Physics, University of Bern). Even though the three radiometers all measure middle atmospheric water vapor using the same rotational transition line and similar fundamental set-ups, there are major differences between the front ends, the back ends, the calibration concepts and the profile retrieval. The spectrum comparison shows that all three radiometers measure spectra without severe baseline artifacts and that the measurements are in good general agreement. The measurement noise shows good agreement to the values theoretically expected from the radiometer noise formula. At the same time the comparison of the noise levels shows that there is room for instrumental and calibration improvement, emphasizing the importance of low elevation angles for the observation, a low receiver noise temperature and an efficient calibration scheme. The comparisons of the retrieved profiles show that the agreement between the profiles of MIAWARA-C and cWASPAM3 with the ones of MLS is better than 0.3 ppmv (6%) at all altitudes. MIRA 5 has a dry bias of approximately 0.5 ppm (8%) below 0.1 hPa with respect to all other instruments. The profiles of cWASPAM3 and MIAWARA-C could not be directly compared because the vertical region of overlap was too small. The comparison of the time series at different altitude levels show a similar evolution of the H2O volume mixing ratio (VMR) for the ground based instruments as well as the space borne sensor MLS.

RAPID SPACE TRAJECTORY GENERATION USING A FOURIER SERIES SHAPE-BASED APPROACH

With the insatiable curiosity of human beings to explore the universe and our solar system, it is essential to benefit from larger propulsion capabilities to execute efficient transfers and carry more scientific equipment. In the field of space trajectory optimization the fundamental advances in using low-thrust propulsion and exploiting the multi-body dynamics has played pivotal role in designing efficient space mission trajectories. The former provides larger cumulative momentum change in comparison with the conventional chemical propulsion whereas the latter results in almost ballistic trajectories with negligible amount of propellant. However, the problem of space trajectory design translates into an optimal control problem which is, in general, time-consuming and very difficult to solve. Therefore, the goal of the thesis is to address the above problem by developing a methodology to simplify and facilitate the process of finding initial low-thrust trajectories in both two-body and multi-body environments. This initial solution will not only provide mission designers with a better understanding of the problem and solution but also serves as a good initial guess for high-fidelity optimal control solvers and increases their convergence rate. Almost all of the high-fidelity solvers enjoy the existence of an initial guess that already satisfies the equations of motion and some of the most important constraints. Despite the nonlinear nature of the problem, it is sought to find a robust technique for a wide range of typical low-thrust transfers with reduced computational intensity. Another important aspect of our developed methodology is the representation of low-thrust trajectories by Fourier series with which the number of design variables reduces significantly. Emphasis is given on simplifying the equations of motion to the possible extent and avoid approximating the controls. These facts contribute to speeding up the solution finding procedure. Several example applications of two and three-dimensional two-body low-thrust transfers are considered. In addition, in the multi-body dynamic, and in particular the restricted-three-body dynamic, several Earth-to-Moon low-thrust transfers are investigated.