Trojan gości wędruje • Alexey Levin • Wiadomości naukowe na temat "Elementów" • Astronomia

Trojanowe wędrówki gości

Ryc. 1. Asteroid 2010 TK7 (zakreślone na zielono), pierwszy naziemny "trojan". Inne punkty to w większości gwiazdy i galaktyki daleko poza układem słonecznym. Zdjęcie zostało zrobione przez orbitalny teleskop podczerwieni WISE (NASA) o długości fali 4,6 mikrona w październiku 2010 r. Obraz © NASA / JPL-Caltech / UCLA ze strony www.nasa.gov

Trzej kanadyjscy astronomowie odkryli małą planetę, którą uważają za wiarygodnego kandydata do tytułu pierwszego kosmicznego asteroidy. Zostało to odnotowane w artykule Paula Wigerta, profesora z University of Western Ontario, oraz jego dwóch współautorów, które ukazały się pod koniec lipca w czasopiśmie Natura.

W ostatnich latach planetolodzy coraz bardziej koncentrują się na poszukiwaniu planetoid, które krążą wokół Słońca w sąsiedztwie Ziemi w tym samym czasie (tak, że średnia prędkość kątowa jej ruchu orbitalnego zbiega się z ziemią – w języku mechaniki nieba jest rezonans 1: 1): zob. Konfiguracja współosiowa. W literaturze naukowej nazwa ziemskich planetoid (ECA) lub po prostu koorbitali – asteroidów ziemno-orbitalnych współosiowych, lub współrzędnych, przylgnęła do nich.

Pierwsza współrzędna została otwarta w 2001 roku. Do tej pory wszyscy znani przedstawiciele tej rodziny należeli do dwóch grup – quasi-satelitów (quasi-satelita) i orbiterów podkowy ("ciał z orbitami podobnymi do podkowy", orbity Horseshoe).Quasi-satelita (lub quasi-satelita) orbituje wokół Słońca w elipsie, wewnątrz której znajduje się nasza planeta. Prosty orbiter podkowy (ryc. 2) znajduje się najpierw po zewnętrznej stronie orbity Ziemi, następnie przecina ją i wykonuje ruch powrotny w jej obszarze wewnętrznym, ostatecznie opisując podkowę – stąd nazwa.

Ryc. 2 Prosta orbita podkowa po raz pierwszy znajduje się po zewnętrznej stronie orbity Ziemi, następnie przecina się i wykonuje ruch powrotny w swoim obszarze wewnętrznym, ostatecznie opisując podkowę – stąd nazwa. Ryc. od www.astro.uwo.ca

Asteroida orbity na orbicie może również poruszać się po bardziej złożonej trajektorii, która porusza się po orbicie Ziemi, a jednocześnie okresowo zmienia kierunek, ponownie zarysowując coś podobnego do podkowy w kosmosie. Promień cewek może wzrosnąć tak bardzo, że asteroida przemieszcza się w czasie w trybie quasi-satelity, to znaczy, że jego orbita pokrywa jednocześnie Słońce i Ziemię. Taką jest asteroida 2002 AA29, odkryta w styczniu 2001 roku.

W pierwszej dekadzie naszego stulecia na Ziemi odkryto pięciu sąsiadów. Ich orbity są raczej niestabilne, więc szacowany czas ich pobytu w pobliżu Ziemi to tylko setki lat.Uważa się, że są to albo fragmenty Księżyca uderzone z powierzchni przez uderzenia meteorytu, albo asteroidy z głównego pasa, które migrowały w kierunku Słońca.

Nowo odkryta asteroida 2010 TK7 nie należy do żadnej z tych grup. Należy do innej klasy koordynatorów, która historycznie była otwierana jako pierwsza i przez długi czas była uważana za jedyną w swoim rodzaju. Aż do końca XX wieku zawierała tylko liczne małe planety związane z orbitą Jowisza. W ciągu ostatnich 15 lat znaleziono cztery takie asteroidy w pobliżu Marsa i kolejne osiem – w pobliżu orbity Neptuna. Teraz coś podobnego znaleziono w sąsiedztwie Ziemi – prawdy, jak dotąd tylko podobno.

Asteroidy, które zostaną omówione, są znane astronomom mającym zaledwie 105 lat. Przewidywano je jednak znacznie wcześniej – w drugiej połowie XVIII wieku. Możliwość ich istnienia wywodzi się z klasycznego dzieła prezydenta Berlińskiej Akademii Nauk, Josepha Louisa Lagrange'a, sporządzonego w 1772 roku. Idąc za Leonardem Eulerem, szukał dokładnych rozwiązań słynnego problemu trzech ciał sformułowanego przez Izaaka Newtona.

Ogólnie rzecz biorąc, wymaga ono określenia ruchu trzech ciał (ściśle rzecz biorąc, trzech istotnych punktów), które są przyciągane do siebie nawzajem zgodnie z prawem świata.W przeciwieństwie do podobnego problemu dwóch ciał (znanego problemu Keplerowskiego), ten problem nie ma wspólnego rozwiązania analitycznego. Można go jednak uprościć, przyjmując, że masa jednego ciała jest nieznaczna w porównaniu z innymi. Zasadniczo nie rozwiązuje się go nawet przy takim stwierdzeniu, ale ma ścisłe konkretne rozwiązania, z których trzy zostały znalezione przez Eulera w 1767 r., A dwa kolejne, pięć lat później, przez Lagrange'a.

Wszystkie te rozwiązania opisują konfiguracje, w których trzy ciała spoczywają względem siebie (to jest odległości między nimi pozostają stałe). W przypadku, który rozważał Euler, są one na tej samej linii prostej, która oczywiście porusza się w przestrzeni. W rozwiązaniu znalezionym przez Lagrange'a ciała te zawsze znajdują się w wierzchołkach trójkąta równobocznego. Rozwiązanie Eulera jest niestabilne – arbitralnie małe przemieszczenie ciała z pozycji równowagi nieodwracalnie niszczy całą konfigurację.

Kolejna sprawa – decyzja Lagrange'a. Ciało o pomijalnej masie powraca do swojej pozycji równowagi z przemieszczeń o niezbyt dużej amplitudzie, jeśli masy innych ciał spełniają określone proporcje.Relacje te są oczywiście spełnione, o ile masa jednego z tych ciał przekracza masę drugiej o co najmniej dwa rzędy wielkości. Taki wymóg z dużym marginesem bezpieczeństwa jest spełniony dla przypadku, gdy masywniejszym ciałem jest Słońce, a mniej masywnym ciałem jest jakakolwiek z planet. Wynika z tego, że w zasadzie każda planeta Układu Słonecznego może mieć towarzyszących mu lekkich towarzyszy w którymkolwiek z punktów Lagrange'a.

Pozycje równowagi znalezione przez Eulera i Lagrange'a nazywa się punktami libracyjnymi. Punkty Eulera oznaczone są literą L1L2 i l3, Lagrangian – L4 i l5. W systemie Słońce-Ziemia pierwsze dwa punkty libracji ściśle współistnieją z naszą planetą, z których jedna znajduje się poza jej orbitą, a druga wewnątrz (ryc. 3). Punkt L3 Znajduje się po przeciwnej stronie Słońca (innymi słowy, gdzie Ziemia będzie za sześć miesięcy) i jest nieco przesunięta w swoim kierunku. Punkty libracji libracyjnej poruszają się po orbicie Ziemi (zakładając, że jest to zwykłe koło), L4 przed ziemią i L5 – z tyłu. Oczywiście odległość kątowa między Ziemią a dowolnym punktem Lagrange'a wynosi 60 stopni.

Ryc. 3 Punkty Lagrange'a w układzie dwóch ciał, gdy jedno ciało jest dużo masywniejsze niż inne (na przykład w układzie "Słońce-Ziemia"). Ryc. z en.wikipedia.org

Punkty libracyjne Lagrange'a przez ponad wiek pozostały matematyczną abstrakcją. Zostało to zrealizowane przez dwóch naukowców – Maximiliana Wolfa, profesora geofizyki na Uniwersytecie w Heidelbergu i Karla Charliera, dyrektora obserwatorium na Uniwersytecie w Lund. W 1891 roku Wolf jako pierwszy na świecie wykorzystał fotografię do poszukiwania małych planet, a przy jej pomocy znalazł w sumie 250 asteroid.

23 lutego 1906 roku sfotografował bardzo słabą asteroidę, która poruszała się prawie na okrągłej orbicie o tym samym promieniu, co orbita Jowisza, przed gigantyczną planetą o 55,5 stopnia. Na liście asteroid otrzymał numer 588 i otrzymał imię Achilles. Charlier był pierwszym, który stwierdził, że Achilles oscyluje w pobliżu jowiszowego punktu libracyjnego L4. Wkrótce odkryto asteroidę Patroclus i blisko punktu L 5 – Hectora. Ponieważ wszystkie zostały nazwane na cześć bohaterów wojny trojańskiej, opisanych w Iliadzie Homeric, asteroidy tej rodziny stały się znane jako asteroidy Trojan, czyli "Trojany" (patrz także: Trojan).Z biegiem czasu okazało się, że orszak "Trojan" Jowisza jest dość liczny. Na początku lat dziewięćdziesiątych około trzystu koni trojańskich odkryto wokół orbity Jowisza, a teraz wiedzą już o pięciu tysiącach.

Prawdziwe zachowanie "Trojanów" Jowisza (zobacz Trojan Jowisza) jest znacznie bardziej skomplikowane niż obraz Lagrange'a. Ich dynamiki nie opisują już rozwiązania problemu trzech ciał – choćby dlatego, że te asteroidy wyczuwają atrakcyjność Saturna. Poruszają się one na względnie stabilnych orbitach eliptycznych, które są odmiennie nachylone do płaszczyzny ekliptyki. Kątowa odległość między nimi a Jowiszem zmienia się w bardzo szerokich granicach, od 45 stopni do setek.

Teraz możesz porozmawiać o asteroidzie 2010 TK7. Na początek warto zauważyć, że problem trojanów bliskich Ziemi był wielokrotnie rozważany w pracach teoretycznych dotyczących mechaniki niebieskiej. Wyniki obliczeń wykazały, że te asteroidy są trudne do zauważenia z powierzchni Ziemi, ponieważ pojawiają się tylko sporadycznie na nocnym niebie. Dlatego nie jest zaskakujące, że zadanie to zostało wykonane przez orbitalny teleskop podczerwieni WISE (Wide-field Infrared Survey Observer), wystrzelony w przestrzeń przyległą do Ziemi 14 grudnia 2009 roku.Pracował tylko dziesięć miesięcy, od stycznia 2010 do października. W tym czasie wykonał pół miliona zdjęć i odkrył około 35 tysięcy nieznanych wcześniej asteroid i komet, w tym ponad pięćset obiektów kosmicznych bliskich Ziemi. Wśród nich była asteroida 2010 SO16, nowy kandydat na orbitery podkowe, którego również odkryła grupa Weigert. Jednak głównym osiągnięciem teleskopu WISE jest jak dotąd 2010 TK7. Jednak pełne sprawozdanie z wyników tego obserwatorium zostanie opublikowane dopiero wiosną 2012 r., Więc można mieć nadzieję na inne niespodzianki.

Paul Wigert i jego koledzy odkryli nową asteroidę podczas oglądania archiwum zdjęć zrobionych ze sprzętu WISE zeszłej jesieni. Początkowo dysponowali danymi dotyczącymi współrzędnych kątowych przez sześć dni, co nie zostało jeszcze ustalone z całkowitą pewnością, że wykryto trojana. Jednak w kwietniu tego roku asteroida pojawiła się na nocnym niebie i została zarejestrowana przez 360-centymetrowy kanadyjsko-francuski teleskop znajdujący się na Hawajach (Teleskop Kanadyjsko-Francja-Hawaje). Obserwacje te umożliwiły udoskonalenie swojej orbity do tego stopnia, że ​​grupa Weigert była w stanie ogłosić otwarcie pierwszego kandydata na trojany bliskim Ziemi.Oczywiście, astronomowie jeszcze nie dokonali ostatecznego osądu co do statusu tej asteroidy, ale autorzy artykułu w Natura nie ma wątpliwości, że ich wnioski pozostaną ważne.

Obecnie 2010 TK7 wykonuje librację kołyszącą się wokół punktu L4 (Ryc. 4). W układzie współrzędnych, który obraca się wokół Słońca razem z Ziemią, jego obecna uśredniona trajektoria przypomina elipsę o ekscentryczności 0,191 (oscyluje ona również wzdłuż tej ścieżki pod wpływem przyciągania Jowisza). Minimalna odległość między asteroidą a Słońcem w tej fazie ruchu wynosi 0,81. e. (jednostki astronomicznej, innymi słowy, średni promień orbity Ziemi), maksimum to 1,19 a. e. Inklinacja jego orbity względem płaszczyzny orbity Ziemi wynosi teraz 20,9 stopnia. Średnica asteroidy, oszacowana na podstawie pomiaru jej jasności, wynosi 300 metrów, co jest dość dużo dla obiektu bliskiego Ziemi. Jego skład jest nadal nieznany przy braku danych spektrograficznych i fotometrycznych.

Ryc. 4 Asteroid 2010 TK Migration7 między punktami libracji. Rysunek z omawianego artykułu wNatura

Chociaż parametry bieżącej orbity pierwszego "Trojana" blisko Ziemi są zdefiniowane z dużą dokładnością,Paul Wigert i jego koledzy podkreślają, że ze względu na chaotyczne skutki jego przyszłego ruchu można przewidzieć maksymalnie 5 tysięcy lat. Dla Ziemi w tym czasie nie będzie żadnego zagrożenia, ponieważ odległość między nim a naszą planetą zawsze przekroczy 20 milionów kilometrów. Według obliczeń, w ciągu najbliższych czterech wieków, asteroida będzie opisywać w przestrzeni słonecznej bardzo fantazyjne pętle o różnej wielkości i różnym stopniu wydłużenia (patrz wideo).

Autorzy artykułu podają także wyniki obliczeń modelowych opisujących zachowanie zestawu "klonów" tej asteroidy, których parametry orbitalne odbiegają od rzeczywistych tylko w zakresie możliwych błędów pomiarowych. Te wyniki sugerują, że asteroida osiągnęła swój obecny punkt libracji zaledwie około tysiąc pięćset lat temu, a wcześniej oscylowała wokół punktu L5nie przed Ziemią, ale za nią. Wykonał "skok" pomiędzy punktami libracyjnymi Lagrange'a, przechodząc w pobliżu punktu Eulera L3. Możliwość tak ostrych zwrotów orbit została teoretycznie dowiedziona około 90 lat temu, ale jak dotąd nie byli oni podejrzani o jakiekolwiek prawdziwe ciało niebieskie.

Źródło: Martin Connors, Paul Wiegert, Christian Veillet. Ziemska asteroida trojana // Natura. 2011. V. 475. str. 481-483.

Alexey Levin


Like this post? Please share to your friends:

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: