В астрономии коорбитальная конфигурация — это конфигурация двух или более астрономических объектов (например, астероидов , лун или планет ), вращающихся на одинаковом или очень близком расстоянии от своего основного объекта; то есть они находятся в резонансе среднего движения 1:1 (или 1:-1, если вращаются в противоположных направлениях ). [1]
Существует несколько классов соорбитальных объектов, в зависимости от их точки либрации . Наиболее распространенным и известным классом является троян , который совершает либрацию вокруг одной из двух устойчивых точек Лагранжа (точек Трояна), L 4 и L 5 , на 60° впереди и позади большего тела соответственно. Другой класс — подковообразная орбита , в которой объекты совершают либрацию вокруг 180° от большего тела. Объекты, совершающие либрацию вокруг 0°, называются квазиспутниками . [2]
Обменная орбита возникает, когда два соорбитальных объекта имеют схожие массы и, таким образом, оказывают друг на друга существенное влияние. Объекты могут обмениваться большими полуосями или эксцентриситетами , когда они приближаются друг к другу.
Орбитальные параметры, которые используются для описания отношения соорбитальных объектов, — это долгота разности перицентров и средняя разность долгот. Долгота перицентра — это сумма средней долготы и средней аномалии , а средняя долгота — это сумма долготы восходящего узла и аргумента перицентра .
Троянские объекты вращаются на 60° впереди (L 4 ) или позади (L 5 ) более массивного объекта, оба находятся на орбите вокруг еще более массивного центрального объекта. Наиболее известными примерами являются большая популяция астероидов, которые вращаются впереди или позади Юпитера вокруг Солнца . Троянские объекты не вращаются точно в одной из точек Лагранжа , но остаются относительно близко к ней, кажущимися медленно вращающимися вокруг нее. С технической точки зрения, они совершают либрацию вокруг = (±60°, ±60°). Точка, вокруг которой они совершают либрацию, одна и та же, независимо от их массы или эксцентриситета орбиты. [2]
Существует несколько тысяч известных малых троянских планет, вращающихся вокруг Солнца. Большинство из них вращаются вблизи точек Лагранжа Юпитера, традиционных троянских планет Юпитера . По состоянию на 2015 год [обновлять]также известно о существовании 13 троянцев Нептуна , 7 троянцев Марса , 2 троянцев Урана ( (687170) 2011 QF 99 и (636872) 2014 YX 49 ) и 2 троянцев Земли ( 2010 TK 7 и (614689) 2020 XL 5 ). До открытия 2019 UO14 троянских планет Сатурна не наблюдалось.
Система Сатурна содержит два набора троянских лун. Тефия и Диона имеют по две троянские луны, Телесто и Калипсо в L 4 и L 5 Тефии соответственно, а Елена и Полидевк в L 4 и L 5 Дионы соответственно.
Полидевк примечателен своей широкой либрацией : он отклоняется на ±30° от своей точки Лагранжа и на ±2% от своего среднего орбитального радиуса по орбите головастика за 790 дней (в 288 раз больше его орбитального периода вокруг Сатурна, как и у Дионы).
Было высказано предположение, что пара экзопланет вращается вокруг звезды Kepler-223 , но позднее это предположение было отвергнуто. [3]
Была изучена возможность присутствия троянской планеты у Kepler-91b, но был сделан вывод, что транзитный сигнал был ложноположительным. [4]
В апреле 2023 года группа астрономов-любителей сообщила о двух новых кандидатах в экзопланеты, вращающихся по орбите обмена подковами вблизи звезды GJ 3470 (известно, что у этой звезды есть подтвержденная планета GJ 3470 b ). Однако упомянутое исследование доступно только в виде препринта на arXiv и еще не было рецензировано и опубликовано в авторитетном научном журнале. [5] [6]
В июле 2023 года было объявлено о возможном обнаружении облака мусора, коорбитального с протопланетой PDS 70 b . Это облако мусора может быть свидетельством троянского тела планетарной массы или тела в процессе формирования. [7] [8]
Одной из возможностей обитаемой зоны является троянская планета или гигантская планета, расположенная близко к своей звезде . [9]
Причиной того, что троянские планеты до сих пор не обнаружены, может быть то, что приливы дестабилизируют их орбиты. [10]
Согласно гипотезе гигантского удара , Луна образовалась в результате столкновения двух соорбитальных объектов: Теи , которая, как полагают, имела около 10% массы Земли (примерно такую же массу, как Марс ), и прото-Земли. Их орбиты были возмущены другими планетами, что вывело Тею из ее троянского положения и вызвало столкновение.
Объекты на подковообразной орбите совершают либрацию около 180° от первичной. Их орбиты охватывают обе равносторонние точки Лагранжа, т.е. L 4 и L 5 . [2]
Сатурнианские луны Янус и Эпиметей делят свои орбиты, причем разница в больших полуосях меньше среднего диаметра каждой из них. Это означает, что луна с меньшей большой полуосью медленно догоняет другую. По мере того, как это происходит, луны гравитационно притягивают друг друга, увеличивая большую полуось луны, которая догнала, и уменьшая большую полуось другой. Это меняет их относительные положения пропорционально их массам и заставляет этот процесс начинаться заново с переменой ролей лун. Другими словами, они эффективно меняются орбитами, в конечном итоге колеблясь обе вокруг своей средней орбиты, взвешенной по массе.
Было обнаружено небольшое количество астероидов, которые находятся на одной орбите с Землей. Первый из них, который был обнаружен, астероид 3753 Cruithne , вращается вокруг Солнца с периодом немного меньше одного земного года, в результате чего орбита (с точки зрения Земли) выглядит как фасовидная орбита с центром в положении впереди положения Земли. Эта орбита медленно движется дальше впереди орбитального положения Земли. Когда орбита Cruithne перемещается в положение, в котором она следует за положением Земли, а не опережает его, гравитационное воздействие Земли увеличивает орбитальный период, и, следовательно, орбита начинает отставать, возвращаясь в исходное положение. Полный цикл от ведущей до отстающей Земли занимает 770 лет, что приводит к подковообразному движению относительно Земли. [11]
С тех пор было обнаружено больше резонансных околоземных объектов (NEO). К ним относятся 54509 YORP , (85770) 1998 UP 1 , 2002 AA 29 , (419624) 2010 SO 16 , 2009 BD и 2015 SO 2 , которые существуют на резонансных орбитах, похожих на орбиту Круитни. 2010 TK 7 и (614689) 2020 XL 5 — единственные два идентифицированных троянца Земли .
Было обнаружено, что астероиды Венгрии являются одним из возможных источников соорбитальных объектов Земли с продолжительностью жизни до ~58 тыс. лет . [12]
Квазиспутники — это соорбитальные объекты, которые совершают либрации вокруг 0° от первичного объекта. Квазиспутниковые орбиты с малым эксцентриситетом крайне нестабильны, но при умеренных и высоких эксцентриситетах такие орбиты могут быть стабильными. [2] С точки зрения совместного вращения квазиспутник, по-видимому, вращается вокруг первичного объекта подобно ретроградному спутнику , хотя и на столь больших расстояниях, что он не связан с ним гравитационно. [2] Двумя примерами квазиспутников Земли являются 2014 OL 339 [13] и 469219 Kamoʻoalewa . [ 14] [15]
Помимо обмена большими полуосями, как у спутников Сатурна Эпиметея и Януса, есть еще одна возможность — использовать одну и ту же ось, но поменять эксцентриситеты. [16]
