Троян (небесное тело)

Объекты, разделяющие орбиту более крупного объекта

Троянские точки расположены в точках Лагранжа L 4 и L 5 , на орбитальной траектории вторичного объекта (синего цвета), вокруг первичного объекта (желтого цвета). Все точки Лагранжа выделены красным цветом.

В астрономии троян — это небольшое небесное тело (в основном астероиды), которое разделяет орбиту более крупного тела, оставаясь на стабильной орбите примерно в 60° впереди или позади основного тела вблизи одной из его точек Лагранжа L 4 и L 5. Троянцы могут разделять орбиты планет или больших лун .

Троянцы являются одним из типов коорбитальных объектов . В этом расположении звезда и планета вращаются вокруг их общего барицентра , который находится близко к центру звезды, поскольку он обычно намного массивнее вращающейся планеты. В свою очередь, гораздо меньшая масса, чем и звезда, и планета, расположенная в одной из точек Лагранжа системы звезда-планета, подвергается воздействию объединенной гравитационной силы, которая действует через этот барицентр. Следовательно, наименьший объект вращается вокруг барицентра с тем же орбитальным периодом , что и планета, и расположение может оставаться стабильным с течением времени. ^[1]

В Солнечной системе большинство известных троянцев делят орбиту Юпитера . Они делятся на греческий лагерь в точке L ₄ (впереди Юпитера) и троянский лагерь в точке L ₅ (вслед за Юпитером). Считается, что существует более миллиона троянцев Юпитера размером более одного километра, ^[2] из которых в настоящее время каталогизировано более 7000. На других планетарных орбитах на сегодняшний день обнаружено только девять троянцев Марса , 31 троян Нептуна , два трояна Урана и два трояна Земли . Также известен временный троян Венеры . Численные моделирования стабильности орбитальной динамики указывают на то, что у Сатурна, вероятно, нет никаких изначальных троянцев. ^[3]

Такое же расположение может возникнуть, когда первичный объект — планета, а вторичный — один из ее спутников, в результате чего гораздо меньшие троянские спутники могут делить его орбиту. Все известные троянские спутники являются частью системы Сатурна . Телесто и Калипсо — троянцы Тефии , а Елена и Полидевк — Дионы .

Троянские малые планеты

Троянцы Юпитера показаны на этой графике как греческий лагерь в точке L ₄ впереди Юпитера и как троянский лагерь в точке L ₅ , отстающий от Юпитера по его орбитальному пути. Также показан пояс астероидов между Марсом и Юпитером и астероиды Хильда .

В 1772 году итало-французский математик и астроном Жозеф-Луи Лагранж получил два решения постоянной модели (коллинеарное и равностороннее) общей задачи трёх тел . ^[4] В ограниченной задаче трёх тел, где одна масса пренебрежимо мала (которую Лагранж не рассматривал), пять возможных положений этой массы теперь называются точками Лагранжа .

Термин «троянский» изначально относился к «троянским астероидам» ( троянцам Юпитера ), которые вращаются вблизи точек Лагранжа Юпитера. Они долгое время были названы в честь персонажей из Троянской войны греческой мифологии . По соглашению, астероиды, вращающиеся вблизи точки L ₄ Юпитера, названы в честь персонажей с греческой стороны войны, тогда как те, которые вращаются вблизи точки L ₅ Юпитера, названы в честь персонажей с троянской стороны. Есть два исключения, названные до принятия соглашения: 624 Гектор в группе L4 и 617 Патрокл в группе L5. ^[5]

Астрономы подсчитали, что троянские астероиды на Юпитере примерно столь же многочисленны, как и астероиды пояса астероидов . ^[6]

Позже были обнаружены объекты, вращающиеся около точек Лагранжа Нептуна , Марса , Земли , ^[7] Урана и Венеры . Малые планеты в точках Лагранжа планет, отличных от Юпитера, можно назвать малыми планетами Лагранжа. ^[8]

• Известно о четырех марсианских троянцах : 5261 Eureka , (101429) 1998 VF 31 , (311999) 2007 NS 2 и (121514) 1999 UJ 7 – единственное троянское тело в ведущем «облаке» в точке L ₄ , ^{[9] [10]} По-видимому, существуют также (385250) 2001 DH 47 , 2011 SC 191 и 2011 UN 63 , но они пока не приняты Центром малых планет .
• Известно 28 нептунианских троянов , ^[11] но ожидается, что крупные нептунианские трояны будут превосходить по численности крупные юпитерианские трояны на порядок . ^{[12] [13]}
• В 2011 году было подтверждено, что 2010 TK 7 является первым известным земным трояном . Он расположен в точке Лагранжа L ₄ , которая находится впереди Земли. ^[14] (614689) В 2021 году было обнаружено, что 2020 XL 5 является еще одним земным трояном. Он также находится в точке L4. ^{[15] [16]}
• (687170) 2011 QF 99 был идентифицирован как первый троян Урана в 2013 году. Он расположен в точке Лагранжа L _4. Второй, (636872) 2014 YX 49 , был анонсирован в 2017 году. ^[17]
• 2013 ND 15 — временный венерианский троян, первый из идентифицированных.
• У крупных астероидов Церера и Веста есть временные троянцы. ^[18]
• На Сатурне известен 1 троян в точке Лагранжа L4, 2019 UO14.

Троянцы по планетам

Стабильность

Стабильна ли система звезда, планета и троян, зависит от того, насколько велики возмущения, которым она подвергается. Если, например, планета имеет массу Земли, а вокруг этой звезды вращается объект с массой Юпитера, то орбита троянца будет гораздо менее стабильной, чем если бы вторая планета имела массу Плутона.

Как правило, система, скорее всего, будет долгоживущей, если m ₁ > 100 m ₂ > 10 000 m ₃ (где m ₁ , m ₂ и m ₃ — массы звезды, планеты и трояна).

Более формально, в системе из трех тел с круговыми орбитами условие устойчивости равно 27( m ₁ m ₂ + m ₂ m ₃ + m ₃ m ₁ ) < ( m ₁ + m ₂ + m ₃ ) ² . Таким образом, троян, являющийся пылинкой, m ₃ →0, накладывает нижнюю границу на ⁠м ₁/м ₂⁠ из ⁠25+√621/2⁠ ≈ 24,9599. И если звезда была бы гипермассивной, m ₁ →+∞, то под действием ньютоновской гравитации система была бы устойчива независимо от масс планеты и трояна. И если ⁠м ₁/м ₂⁠ = ⁠м ₂/м ₃⁠ , то оба должны превышать 13+√168 ≈ 25,9615. Однако все это предполагает систему из трех тел; как только вводятся другие тела, даже если они далеки и малы, устойчивость системы требует еще больших соотношений.

Смотрите также

• земной троян
• Юпитер троян
• Орбита Лиссажу
• Список объектов в точках Лагранжа
• Орбита головастика

Ссылки

1. Робутель, Филипп; Сушай, Жан (2010). «Введение в динамику троянских астероидов». В Дворжаке, Рудольфе; Сушай, Жан (ред.). Динамика малых тел Солнечной системы и экзопланет . Конспект лекций по физике. Т. 790. Springer. стр. 197. ISBN 978-3-642-04457-1.
2. Йошида, Ф.; Накамура, Т. (декабрь 2005 г.). «Распределение размеров слабых троянских астероидов класса L4 типа Юпитера». The Astronomical Journal . 130 (6): 2900–2911. Bibcode : 2005AJ....130.2900Y. doi : 10.1086/497571 .
3. Шеппард, Скотт С.; Трухильо, Чедвик А. (июнь 2006 г.). «Густое облако троянцев Нептуна и их цвета». Science . 313 (5786): 511–514. Bibcode :2006Sci...313..511S. doi :10.1126/science.1127173. PMID  16778021. S2CID  35721399.
4. Лагранж, Жозеф-Луи (1772). «Essai sur le Problème des Trois Corps» [Очерк задачи трех тел] (PDF) . Œuvres Completes (на французском языке). 6 : 229–331. Архивировано из оригинала (PDF) 22 декабря 2017 года.
5. Райт, Элисон (1 августа 2011 г.). «Планетарная наука: Троян где-то там». Nature Physics . 7 (8): 592. Bibcode : 2011NatPh...7..592W. doi : 10.1038/nphys2061 .
6. Ёсида, Фуми; Накамура, Цуко (2005). «Распределение размеров слабых троянских астероидов L4». The Astronomical Journal . 130 (6): 2900–11. Bibcode : 2005AJ....130.2900Y. doi : 10.1086/497571 .
7. Коннорс, Мартин; Вигерт, Пол; Вейе, Кристиан (27 июля 2011 г.). «Троянский астероид Земли». Nature . 475 (7357): 481–483. Bibcode :2011Natur.475..481C. doi :10.1038/nature10233. PMID  21796207. S2CID  205225571.
8. Уайтли, Роберт Дж.; Толен, Дэвид Дж. (ноябрь 1998 г.). "Поиск астероидов Лагранжа в системе Земля–Солнце с помощью ПЗС". Icarus . 136 (1): 154–167. Bibcode :1998Icar..136..154W. doi :10.1006/icar.1998.5995.
9. "Список марсианских троянцев". Minor Planet Center . Получено 3 июля 2015 г.
10. де ла Фуэнте Маркос, К.; де ла Фуэнте Маркос, Р. (15 мая 2013 г.). «Три новых стабильных марсианских трояна L5». Письма. Ежемесячные уведомления Королевского астрономического общества . 432 (1): 31–35. arXiv : 1303.0124 . Бибкод : 2013MNRAS.432L..31D. дои : 10.1093/mnrasl/slt028 .
11. «Список троянцев Нептуна». Minor Planet Center . 28 октября 2018 г. Получено 28 декабря 2018 г.
12. Чианг, Юджин И.; Литвик, Йорам (20 июля 2005 г.). «Троянцы Нептуна как испытательный стенд для формирования планет». The Astrophysical Journal . 628 (1): 520–532. arXiv : astro-ph/0502276 . Bibcode : 2005ApJ...628..520C. doi : 10.1086/430825. S2CID  18509704.
13. Пауэлл, Дэвид (30 января 2007 г.). «У Нептуна могут быть тысячи эскортов». Space.com .
14. Чой, Чарльз К. (27 июля 2011 г.). «Первый астероид-компаньон Земли наконец-то обнаружен». Space.com . Получено 27 июля 2011 г.
15. Man-To Hui; et al. (ноябрь 2021 г.). "Второй земной троянец 2020 XL5". Astrophysical Journal Letters . 922 (2): L25. arXiv : 2111.05058 . Bibcode : 2021ApJ...922L..25H. doi : 10.3847/2041-8213/ac37bf . ISSN  2041-8205. S2CID  243860678.
16. Лия Крейн (22 ноября 2021 г.). «Троянский астероид: обнаружен еще один объект, который разделяет орбиту Земли». New Scientist .
17. де ла Фуэнте Маркос, Карлос; де ла Фуэнте Маркос, Рауль (21 мая 2017 г.). «Астероид 2014 YX49: большой транзитный троян Урана». Ежемесячные уведомления Королевского астрономического общества . 467 (2): 1561–1568. arXiv : 1701.05541 . Бибкод : 2017MNRAS.467.1561D. дои : 10.1093/mnras/stx197 .
18. Христу, Апостолос А.; Вигерт, Пол (январь 2012 г.). «Популяция астероидов главного пояса, вращающихся по орбите с Церерой и Вестой». Icarus . 217 (1): 27–42. arXiv : 1110.4810 . Bibcode :2012Icar..217...27C. doi :10.1016/j.icarus.2011.10.016. S2CID  59474402.