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Un mécanisme de diffusion d'Arnold dégénéré dans le problème restreint des trois corps

A degenerate Arnold diffusion mechanism in the restricted 3-body problem

Marcel GUARDIA, Jaime PARADELA, Tere M. SEARA
Un mécanisme  de diffusion d'Arnold dégénéré dans le problème restreint des trois corps
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  • Année : 2025
  • Fascicule : 6
  • Tome : 58
  • Format : Électronique
  • Langue de l'ouvrage :
    Anglais
  • Class. Math. : 37N05
  • Pages : 1401-1478
  • DOI : 10.24033/asens.2632

 Une question importante en systèmes dynamiques est celle de comprendre les mécanismes responsables de l'instabilité globale dans le problème des trois corps, qui modélise le mouvement de trois corps soumis à l'interaction gravitationnelle newtonienne. Le problème des trois corps est dit restreint si l'un des corps a une masse nulle et les deux autres, appelés primaires, ont des masses strictement positives ${m_0,m_1}$. Nous considérons ici le problème restreint plan elliptique des trois corps (PRPE3C), dans lequel les primaires décrivent des ellipses képlériennes. Nous démontrons que le PRPE3C présente de l'instabilité topologique: pour toutes les valeurs des masses ${m_0,m_1}$ (sauf ${m_0=m_1}$), nous construisons des orbites le long desquelles le moment angulaire du corps de masse nulle subit une variation arbitrairement grande, pourvu que l'excentricité de l'orbite des primaires soit positive mais suffisamment petite.

Pour prouver ce résultat, nous montrons qu'un mécanisme dégénéré de diffusion d'Arnold, impliquant de surcroît des phénomènes exponentiellement petits, se produit dans le PRPE3C. Notre travail étend celui de Delshams, Kaloshin, de la Rosa et Seara (2019), qui traitait le cas  a priori instable ${m_1/m_0\ll1}$, au cas de masses arbitraires ${m_0,m_1>0}$, où le modèle présente des caractéristiques du cadre dit a priori stable.

A major question in dynamical systems is to understand the mechanisms driving global instability in the 3-body problem (3BP), which models the motion of three  bodies under Newtonian gravitational interaction. The 3BP is called restricted if one of the bodies has zero mass and the other two, the primaries, have strictly positive masses ${m_0,m_1}$. We consider the  restricted planar elliptic 3-body problem (RPE3BP) where the primaries revolve in Keplerian ellipses. We prove that the RPE3BP exhibits topological instability: for any values of the masses ${m_0,m_1}$, except ${m_0=m_1}$, we build orbits along which the angular momentum  of the massless body  experiences an arbitrarily large variation provided the eccentricity of the orbit of the primaries is positive but small enough.

In order to prove this result we show that a degenerate Arnold diffusion mechanism, which moreover involves exponentially small phenomena, takes place in the RPE3BP. Our work extends the one  of Delshams, Kaloshin, de la Rosa, and Seara (2019) for the a priori unstable case ${m_1/m_0\ll1}$,  to the case of arbitrary masses  ${m_0,m_1>0}$, where the model displays features of the so-called a priori stable setting.

Diffusion d'Arnold diffusion, mécanique céleste, instabilité topologique
Arnold diffusion, celestial mechanics, topological instability

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