L 4 и L 5 крупных планет (на 60 ? впереди и позади планеты), вне главного пояса астероидов . Период их обращения вокруг Солнца совпадает с периодом вращения планеты, то есть они находятся в орбитальном резонансе 1:1. В системе планета - Солнце они осуществляют либрацийни движения вокруг лагранжевых точек, вследствие чего их взаимное расположение постоянно меняется.
1. Троянцы Марса
2. Троянцы Юпитера
3. Троянцы Нептуна
Сейчас специалисты имеют данные лишь о шести таких объектов в окрестности точки L 4, и было использовано при моделировании. В результате выяснилось, что троянец 2001 QR322 неустойчив и (теоретически) мог бы стать кентавром .
Расчетная численность популяции троянских астероидов Нептуна, размер которых превышает 1 км, составляет 1-10 млн. Если предположить, что реальная цифра близка к одному миллиону, а нестабильный 2001 QR322 слишком выделяется на фоне других объектов, то вклад троянцев к делу заполнения численности кентавров можно, по словам ученых, оценить в 3%.
Если же взять за основу цифру в 10 миллионов и предположить, что в 2001 QR322 похож на своих собратьев, то каждые 100 лет один виртуальный нептунианський троянец становиться кентавром. Одного такого источника вполне достаточно для поддержания популяции последних.
Давно и хорошо известно скопление сравнительно небольших небесных тел, орбиты которых расположены между Марса и Юпитера. Это так называемый пояс астероидов. Правда, с открытием пояса Койпера и облака Оорта, его стали называть главным поясом астероидов.
Астероиды, и такие крупные как , Эрот или Паллада, и куски камня диаметром в несколько метров, вращаются вокруг Солнца по орбитам с радиусами примерно от 2,1 до почти 4 астрономических единиц (а.е.). Напомним, одна равна расстоянию от Земли до Солнца – 150 миллионов километров.
Однако в самом начале двадцатого века был открыт астероид не вписывающийся в правила. Он двигался по той же самой орбите, что и Юпитер, опережая его относительно Солнца на 60°. Так было подтверждено, что среди малых небесных тел нашей звёздной системы существуют объекты, движущиеся, словно на поводке, за планетами, или «троянские астероиды».
За последние десятилетия астрономия сделала значительные шаги вперёд. Выведенные за пределы атмосферы на земную орбиту телескопы, мощнейшие суперкомпьютеры заняли своё место в строю. Однако одна физико-математическая задача до сих пор остаётся нерешённой – расчёт движения трёх гравитационно взаимодействующих друг на друга тел. Никем из учёных до сих пор не предложен способ расчёта орбит трёх тел на более-менее продолжительный период.
Единственным математиком, добившимся некоторого успеха на данном поприще, стал француз Жозеф Лагранж. В конце 18 века им были рассчитаны законы вращения трёх небесных тел с той только оговоркой, что одно из них должно обладать пренебрежимо малой массой по сравнению с остальными двумя. Расчёты Лагранжа доказывали, что существуют такие области, точки пространства, в которых гравитационное воздействие обоих массивных тел уравновешивается. И третье (лёгкое) тело, находясь в этих точках, может оставаться почти неподвижным относительно двух тяжёлых.
Точки Лагранжа
Как это возможно? Рассмотрим для примера точку L1 на схеме. По Ньютоновским законам небесной механики, тело, расположенное ближе к Солнцу чем Земля, должно двигаться по орбите быстрее и «улететь» вперёд. Почему же этого не происходит, и тело кружится вместе с планетой? Да потому, что Земля, притягивая объект, как будто уменьшает для него силу солнечного притяжения (Солнце «кажется» объекту менее массивным). А вокруг более лёгкого центра спутник будет вращаться медленнее.
По другим, схожим схемам, так же безотказно работают законы физики и в отношении других точек Лагранжа.
Открытие и название
Первый троянский астероид был обнаружен в 1904 году в точке L4 орбиты Юпитера. Как водится, название его было заимствовано из древнеэллинского эпоса. Небесное тело получило имя героя легендарной Трои – «Ахилл». Затем, один за другим были открыты ещё целых двадцать астероидов на орбите планеты-гиганта.
Открытие не было неожиданностью для исследователей, проверить теорию Лагранжа силились многие астрономы, вопрос стоял только лишь в технических возможностях, которыми они располагали. Как и предполагалось, все открытые тела находились в точках L4 и L5 орбиты Юпитера.
И все имена, вслед за Ахиллом, им давались в честь героев Троянской войны: Аякс, Гектор, Диомед, Патрокл и т.д. В точке L4 «поселились» воины атакующей, Греческой стороны, а в точке L5 обосновались троянцы. Так за всеми позднее открытыми подобными объектами, в том числе на орбитах других планет, закрепилось название «троянские астероиды».
Долгое время большая часть учёных сомневалась в возможности существования троянцев у малых планет, таких как Земля или Марс. Ведь на такой астероид помимо самой планеты и светила будут оказывать существенное гравитационное воздействие и другие массивные тела Солнечной системы, и устойчивость объекта в точках Лагранжа малой планеты оказывается под сомнением. Однако в 1990 году был обнаружен астероид в точке L5 Марса, получивший название «Эврика».
Чемпионом по количеству троянских астероидов ожидаемо является , как самая большая и массивная планета Солнечной системы. На сегодняшний день достоверно известно о более чем шести тысячах «троянцев» на его орбите. На порядок меньше троянских спутников обнаружено у других больших планет: Урана, Нептуна и Сатурна. И виной этому не только их масса, меньшая по сравнению с Юпитером, но и соседство этого газового гиганта. Юпитер, благодаря своей огромной массе, легко ворует чужие астероиды, или выбивает их из точек Лагранжа, отправляя вращаться вокруг звезды по собственным эллиптическим орбитам, а то и вовсе, словно праща, вышвыривает за пределы Солнечной системы.
Троянские астероиды Земли
Очень долгое время никак не удавалось обнаружить троянские астероиды у нашей родной планеты. Всё дело в том, что точки L4 и L5 Земли практически постоянно оказываются расположенными, для наблюдателя, находящегося на поверхности планеты, на дневной стороне и солнечный свет препятствует наблюдениям.
Вопрос сорвался с мёртвой точки в 2010 году благодаря запущенному в космос орбитальному телескопу «Wise». Был открыт первый, и пока единственный, троянец планеты Земля 2010ТК7. Он находится в точке Лагранжа L4. 2010ТК7 представляет собой ничем не примечательный кусок скалы неправильной формы диаметром около 300 метров, каких в космическом пространстве вращается огромное множество.
Практическое применение
Использовать свойства троянских астероидов в будущем учёные предлагают по-разному. Так, например, использовать точку L2 в системе Солнце-Земля можно для размещения в ней орбитального телескопа. Такая наблюдательная станция, постоянно находясь в тени планеты, будет в более выгодном положении, чем орбитальные. Удобнее будет проводить и длительные наблюдения за определённым участком неба благодаря отсутствию вращения вокруг Земли.
Точка L1 может стать хорошим местом дислокации станции для постоянного мониторинга светила. Своевременно засечь увеличение солнечной активности, предупредить наземные службы о приближающемся солнечном выбросе плазмы. Всё это можно будет сделать своевременно с помощью научного аппарата, находящегося на первом «рубеже».
А уж грядущее освоение Луны наверное будет немыслимо без больших промежуточных космических станций, висящих в пространстве между нашей планетой и её естественным спутником. Аппараты, расположенные в точках Лагранжа системы Земля-Луна как нельзя лучше могут справиться с такой задачей.
Так, кроме людей, ещё называют астероиды, которые находятся в окрестностях точек Лагранжа L4 и L5 почти возле всех планет, в том числе и возле Земли. У Юпитера их больше всего, поэтому именно они привлекают наибольшее внимание исследователей и они опубликовали некоторые свои наблюдения: "ТАК ОТКУДА ПРИШЛИ ТРОЯНЦЫ? ".
Американские астрономы решили, что троянские астероиды Юпитера представляют собой обособленную, объединенную общим прохождением группу небесных тел, непохожих на остальные астероиды Солнечной системы.
Троянскими называют астероиды, находящиеся в окрестностях точек Лагранжа L4 и L5 той или иной планеты. С планетами, на орбитах которых они селятся, такие астероиды образуют равносторонний треугольник. Больше всего подобных тел у Юпитера, хотя есть они и у Нептуна, Марса и Земли. Загадка их происхождения давно волнует учёных.
НАСА предприняло попытку углубленного изучения таких астероидов при помощи инфракрасного космического телескопа Wide-field Infrared Survey Explorer (WISE), однако новые результаты наблюдений скорее прибавили вопросов.
Одна часть троянцев «догоняет», а другая «опережает» Юпитер в его движении по орбите вокруг Солнца («троянцы» и «греки» соответственно). Но тёмно-бордовый цвет выдаёт общее происхождение и тех и других. (Здесь и ниже иллюстрации NASA / JPL-Caltech.)
«Получив точные значения диаметра и альбедо поверхности 1 750 "троянцев" Юпитера, мы увеличили на порядок наши знания об этих двух группах астероидов ["троянцах" и "греках"], — рассказывает Томас Грэв из Института планетологии (Аризона, США). — С этой информацией мы смогли более точно, чем когда-либо, подтвердить, что в главном облаке их на 40% больше, чем считалось».
С помощью WISE исследователи внимательно изучили цвета астероидов обеих групп. Удалось установить, что почти все троянские астероиды состоят из тёмных, красноватых пород, обладающих низкой отражательной способностью. Напомним, что ранее этот вопрос стал предметом большой дискуссии: от альбедо основной массы «троянцев» Юпитера зависит оценка их общего количества (называются цифры до миллиона) и массы (до 20% массы пояса астероидов). Если их альбедо мало, то верными следует считать самые верхние оценки (количества и массы). Именно к этим выводам, отмечают астрономы, и подталкивают нас новые данные по цвету и альбедо исследованных WISE «троянцев». Это резко отличает их как от астероидов пояса, расположенного между Марсом и Юпитером, так и от относящихся к поясу Койпера за Нептуном.
«Мы не увидели никаких ультракрасных астероидов, типичных для основного пояса и популяции пояса Койпера, — комментирует г-н Грэв. — Вместо этого мы обнаружили в основном однородную популяцию того, что мы называем астероидами D-типа, тёмно-бордовыми по цвету, и среди остальных — скорее серо-голубые С-и Р-типы».
И это рождает проблему. С поясом астероидов всё понятно (ну, не совсем, конечно). Объекты пояса Койпера имеют другой состав, потому что слабое за орбитой Нептуна солнечное излучение не в состоянии убрать с их поверхности лёд. А вот откуда пришли не имеющие льда «троянцы» Юпитера? Ведь в районе Юпитера светило тоже почти никакое, а кроме того, они имеют цвет, выдающий отсутствие родства с поясом астероидов…
«Троянцы» и «греки» показаны зелёным слева и справа от Юпитера.
«Нужны дополнительные исследования, но, возможно, мы смотрим на один из древнейших материалов, известных в нашей Солнечной системе», — рассуждает учёный. Из чего это следует? Учёные НАСА предположили, что раз мы не видим таких объектов нигде более в Солнечной системе, то речь идёт об «автохтонах» — астероидах, родившихся одновременно с Юпитером на его орбите и сложенных из пород, имевшихся в этом районе примерно 4,5 млрд лет назад. Конечно, это не единственно возможное объяснение: в Солнечной системе много «утерянных» объектов вроде той же Тейи, и приписать юпитерианских «троянцев» можно не только к автохтонам. Но в случае, если эта теория верна, троянцы заслуживают отправки к ним зонда — ведь тогда их материал один из самых интересных для изучения в Солнечной системе.
Соответствующее исследование принято к публикации в Astrophysical Journal, а с его препринтом можно ознакомиться .
В общем, исследование показало несколько интересных моментов:
1. все эти астероиды имеют одинаковый цвет и светимость (альбедо), а значит имеют схожий состав;
2. этим они не похожи на астероиды из астероидных поясов и значит никогда не входили в их число;
3. их очень много и они находятся на таких орбитах, которые исключают гравитационный захват планетой.
Из всего перечисленного следует логичное предположение, что они всегда были на этом месте и появились вместе с Юпитером, что были вынуждены признать и эти учёные. Вот только как это получилось они не знают. Ведь если планеты образовались из межзвёздной пыли, то эти астероиды давно должны были бы стать частью Юпитера, а не играть с ним в салочки.
Учёные всё-таки надеются, что это именно тот первоначальный материал, из которого впоследствии образовались планеты и хотят изучить его поподробнее. Вот только они, либо что-то не договаривают,
либо опять не видят дальше своего носа, а ведь ещё в самом начале статьи сказано: "хотя есть они (астероиды-троянцы) и у Нептуна, Марса и Земли
". И что они все одинакового состава возле всех планет? Ведь если продолжать эту логику, то не надо лететь к Юпитеру, можно изучить то, что летает около Земли. Но видно не всё так просто. У каждой планеты свои троянцы и состав их разный. Как такое может быть у однообразной звёздной пыли? Да вот никак и это ставит всё научное сообщество в тупик многие годы.
Троянцы действительно образуются вместе со своей планетой и имеют тот первоначальный состав, из которого была сформирована эта планета, но совсем не так, как все себе это представляют. Огромный взрыв на Солнце не может выбросить только один кусок вещества, который станет планетой. Оно выбросит его целой тучей больших и маленьких кусков. Часть из них быстро объединятся и станут планетой, часть упадут на неё позже, ещё какая-то часть вообще разлетится по системе, но достаточно много кусков останется именно в точках, в которых их орбиты уравновешены с орбитой планеты. И конечно, это именно то первоначальное вещество, из которого была создана планета.
Так может лучше изучить по-подробнее троянцев Земли? Только боюсь, это опять не впишется ни в какие теории.
З.Ы. Это косвенно подтверждает разрушительную версию происхождения астероидных поясов. Когда-то это были планеты, которые по каким-то причинам разрушились на неоднородные куски. А вот Троянцы и Греки совсем другой породы...
Троянские астероиды , известные также под названием троянские планеты, это представители группы астероидов, находящихся в точках Лагранжа на орбите планет Солнечной системы.
В 1772 году французский математик и астроном Жозеф Луи Лагранж предсказал существование и местоположение двух групп малых тел, которые оказались под действием двух сил гравитации на орбите Юпитера . Эти положения назвали точками Лагранжа и стали обозначать L4 и L5. В этих точках малое небесное тело удерживается под воздействием сил гравитации в равнобедренном треугольнике, в котором другими точками будут огромные Юпитер и Солнце. Точки L4 и L5 расположены под углом 60° по отношению к плоскости орбиты Юпитера.
Это две из пяти точек Лагранжа, которые представляют собой частные случаи решения, так называемой, задачи из трех тел из раздела небесной механики. Оставшиеся три точки Лагранжа также находятся на солнечной орбите Юпитера. Присутствие других планет, в частности Сатурна, дестабилизирует систему троянских астероидов. Это объясняет, почему других астероидов поблизости найдено не было. На самом деле, из-за влияния Сатурна большинство орбит троянских астероидов оказались смещенными на 40° от орбиты Юпитера и на 70° относительно точек Лагранжа.
В 1906 году первый из предполагаемых космических объектов, под названием (588) Ахиллес, был открыт германским астрономом Максом Вольфом в окрестностях L4. В течение года были обнаружены еще два: (617) Патрокл возле L5, а также (624) Гектор недалеко от L4. Позже было решено продолжить называть астероиды в честь участников Троянской войны, описанной в эпосе Илиада Гомера. Астероиды в точке L4 получают имена греков, а в точке L5 имена троянцев. Эта традиция продолжилась, за исключением двух недоразумений, не исправленных до сих пор: Гектор единственный попал в лагерь греков, а Патрокл в лагерь троянцев.
По состоянию на 2011 год было открыто 4933 троянских астероидов Юпитера. 64% из них находятся возле L4, а оставшиеся возле L5. По мнению астрономов, около 1800-2800 всех троянских астероидов Юпитера имеют диаметр больше 15 км.
С тех пор как были открыты новые астероиды Юпитера, астрономы продолжают поиски троянских объектов Марса , Сатурна и Нептуна . Но особенно усердно ищут их в нашей системе Земля-Луна . Долгое время ученые сомневались в существовании подобных устойчивых точек Лагранжа у малых планет. Потому что на них оказывает влияние гравитационное поле больших планет. Тем не менее, в 1990 году в районе L5 Марса был открыт астероид, названный впоследствии (5261) Эврика. Восемь троянских астероидов Нептуна были обнаружены с 2001 года. Из них 6 в районе L4, а два возле L5. Первый троянский астероид Земли, который позже назвали 2010 TK7, был обнаружен на фотографиях, полученных при помощи инфракрасного космического телескопа Wide-Field Infrared Survey Explorer. Троянские астероиды Сатурна до сих пор не были найдены. Зато уже стали известны объекты, которые находятся в точках Лагранжа Сатурна, а также его спутников Тефии и Дионы .
