Троянские астероиды

Стабильность

Стабильна ли система, состоящая из звезд, планет и троянов, зависит от того, насколько велики возмущения, которым она подвержена. Если, например, планета равна массе Земли, и есть также объект с массой Юпитера, вращающийся вокруг этой звезды, орбита троянца будет намного менее стабильной, чем если бы вторая планета имела массу Плутона.

Как показывает опыт, система, вероятно, будет долгоживущей, если m ₁ > 100 m ₂ > 10 000 m ₃ (где m ₁ , m ₂ и m ₃ — это массы звезды, планеты и трояна). .

Более формально, в системе 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, представляющий собой пылинку, m ₃ → 0, накладывает нижнюю границу нам ₁м ₂ из 25 + √6212≈ 24,9599. И если бы звезда была гипермассивной, m ₁ → + ∞, то в условиях ньютоновской гравитации система стабильна независимо от массы планеты и троянской программы. И еслим ₁м ₂ знак равно м ₂м ₃, то оба должны превышать 13 + √168 ≈ 25.9615. Однако все это предполагает трехчастную систему; как только будут введены другие тела, даже если они находятся на большом расстоянии и маленькие, для обеспечения устойчивости системы потребуется еще большее соотношение.

Троянские астероиды Нептуна

Троянские астероиды Нептуна вблизи точки L4, рядом для сравнения показаны плутино

Троянские астероиды Нептуна ( Neptune trojan) — это группа астероидов пояса Койпера, движущаяся вокруг Солнца по орбите Нептуна в 60°, впереди — точка L₄ или позади — точка L₅ него, находясь в одной из двух точек Лагранжа орбиты Нептуна. В настоящее время известно только девять астероидов данной группы, шесть из которых находятся вблизи точки Лагранжа L₄, которая лежит в 60° впереди планеты на расстоянии около 5 млрд км от Нептуна. Были названы так по аналогии с троянскими астероидами Юпитера.

История открытия

Ещё два астероида 2005 TN₇₄ и 2007 RW₁₀ первоначально при открытии были отнесены к данной группе астероидов, но впоследствии были исключены из неё.

В 2010 году «Центр малых планет» сообщил об открытии первого троянского астероида Нептуна в точке L₅, им оказался астероид 2008 LC₁₈. Выявить астероиды вблизи точки L₅ очень сложно, так как в настоящее время вид на область этой точки близок к яркой окрестности центра нашей галактики Млечный Путь, где находится очень большое количество звёзд, в связи с чем открытие слабых неярких объектов в этой области сильно затруднено.

29 апреля 2011 года был открыт астероид 2011 HM₁₀₂, который оказался, троянским астероидом Нептуна. Это третий троянский астероид Нептуна принадлежащий отстающей от планеты на 60° точке Лагранжа L5.

Анимация движения шести известных троянских астероидов Нептуна в точке L4 в системе отсчёта, вращающейся с орбитальным периодом Нептуна. Нептун показан здесь белой неподвижной точкой в правой нижней части изображения, голубым показана орбита Урана, жёлтым — Сатурна и красным — Юпитера

Исследования

В конце 2013 года автоматическая межпланетная станция НАСА «Новые горизонты» прошла в 1,2 а. е. от троянского астероида Нептуна 2011 HM₁₀₂, однако, никакие наблюдения не проводились так как уже шла подготовка выхода к Плутону.

В июле 2015 года было сообщено об открытии камерой DECam телескопа имени Виктора Бланко 11-го и 12-го троянцев Нептуна — 2014 QO441 и 2014 QP441. Таким образом, число троянцев в точке L4 Нептуна увеличилось до 9. Также этим обзором было обнаружено 20 других объектов, получивших обозначения Центра малых планет, в том числе 2013 RF98, обладающий одним из самых больших периодов обращения.

Примечания и ссылки

1. ↑ и
2. Маркис, Франк и др. , «  Низкая плотность 0,8 г / см3 для двойного троянского астероида 617 Патрокл  », Nature, vol.  439, п о  7076,Февраль 2006 г., стр.  565-567 ( DOI  , Bibcode   )
3. ↑ и (in) Дэвид К. Джуитт, Скотт Шеппард и Кэролайн Порко, «Внешние спутники Юпитера и трояны», в Ф. Багенале, Т. Е. Доулинг, У. Б. Маккиннон, Юпитер: планета, спутники и магнитосфера, Cambridge University Press
4. (in) Ф. Ройг, А.О. Рибейро и Р. Гил-Хаттон, «  Таксономия семейств астероидов среди троянцев Юпитера: сравнение спектроскопических данных и цветов Sloan Digital Sky Survey  », Astronomy and Astrophysics, vol.  483, п о  3,июнь 2008 г., стр.  911-931
5. Например, мы можем сослаться на семьи Менеласа, Теламона, Меланте, Подарха, Эпейоса, Лаэрте, Тюсера, Аутре, Пантооса, Полидора, Сержеста, Аглаоса, Энеаса, де Перекло …
6. (in) Брож и Я. Розегнал, «  Эврибаты — единственное семейство астероидов среди троянцев?  ”, Ежемесячные уведомления Королевского астрономического общества, т.  414, п о  1,11 июня 2011 г., стр.  565–574
7. (в) Дэвид Nesvorny Мирослав Броз и Valerio Carruba, «  Идентификация и динамические свойства астероидных семейств  », Arxiv, п о  1502.01628v1,5 февраля 2015 г.
8. ↑ и (ru) Дж. Розегнал, М. Броз, Д. Несворни, Д. Д. Дурда и К. Уолш, «  Гектор — исключительное семейство D-типа среди юпитерианских троянцев  », Ежемесячные уведомления Королевского астрономического общества, т.  462, п о  3,ноябрь 2016, стр.  2319–2332

Странные «троянцы» Марса

И действительно, если учитывать низкую гравитацию Марса и его близость к Юпитеру, существование троянских астероидов у Марса выглядит странновато. Но, несмотря на подобные обстоятельства, астрономы обнаружили на орбите Красной планеты целых девять подобных объектов! Восемь из них находятся в точке L5, и еще один в точке L4. И это третья по величине группа подобных тел после Юпитера и Нептуна! Но и это еще не все. Удивительно, но у большинства из троянских астероидов Марса стабильные орбиты. Как это вообще возможно?

По этому поводу есть несколько теорий. И, без сомнения, самая разумная заключается в том, что все эти тела являются частями самого Марса. Или, возможно, это какие-то остатки материала, из которого образовалась Красная планета. Как и наша Луна, вероятно, является результатом столкновения протоземли с протопланетой Тейя.

Самый крупный марсианский троянский астероид — 5261 Эврика. Астрономы обнаружили его в 1990 году в точке L5 марсианской орбиты.

Чтобы прояснить тайну этих объектов, нужно обязательно узнать их состав. И с этим есть сложности. Получить качественные спектры таких малых тел, находящихся на таком расстоянии, совсем непросто. Однако, все же, возможно. Несколько лет назад группа исследователей использовала телескоп VLT, расположенный в Чили, и инфракрасный телескоп НАСА на Гавайях для анализа спектров некоторых астероидов. Проанализировав полученные данные ученые пришли к выводу, что все они имеют похожий спектр из-за присутствия в нем линий оливина. Этот минерал редко встречается в астероидах. Только 0,4% изученных астероидов Солнечной системы имеют подобный спектральный отпечаток. Однако оливин очень распространен на Марсе. Об этом говорят данные, полученные марсоходом Spirit и зондом НАСА MRO. Особенно его много в ударных бассейнах. А еще его много в метеоритах, родиной которых считается Красная планета.

Астероиды и кометы: сходства и различия

Комета отличается от астероида только составом: звездная пыль и лед вместо металлов. При подлете к Солнцу вещества начинают испаряться, за счет чего формируются знаменитые «хвосты».

Метеорит — это астероид или его фрагмент, который достиг поверхности Земли. Ежедневно на нашу планету попадает около 20 метеоритов. Они не несут опасности, так как в подавляющем большинстве их размер не превышает камня, который можно удержать в ладони. По данным NASA, метеориты, которые могут уничтожить город или вызвать разрушительное цунами, сталкиваются с Землей каждые 1–10 тыс. лет.

Крупные же метеориты, диаметром в 400 м, способные вызвать глобальный катаклизм, в среднем попадают на нашу планету каждые 100 тыс. лет. Тем не менее ученые прорабатывают все варианты по борьбе с потенциальной угрозой.

Родом с Марса

Оливин — это минерал, образованный силикатами железа и магния. Он очень распространен и на Земле. Особенно в ее мантии. А еще его обнаружили на Луне. И, что весьма и весьма любопытно, на астероиде Веста! Другими словами, присутствие оливина прямо говорит нам о том, что Эврика и ее братья и сестры произошли от более крупного и дифференцированного тела. Вывод, пусть и не прямой, очевиден: Эврика и подобные троянские астероиды родом из мантии Марса!

Теперь предположим, что астероид Эврика и вправду родился в результате столкновения какого-то крупного тела с Марсом. В принципе, нет проблем с объяснением того, как он попал в космос. Потому что ученым известно, что столкновения крупных космических тел могут относительно легко выбросить материал на марсианскую, или даже солнечную орбиту. Но есть другой, гораздо более сложный вопрос. Звучит он так: как именно эти астероиды приобрели стабильные орбиты в точках Лагранжа L4 и L5?

Единственный способ узнать всю правду — это отправить к Марсу специальный зонд. И поставить ему задачу изучить марсианские троянские астероиды. И, если это будет возможно, доставить на Землю образцы некоторых из них.

Номер

В 23 мая 2019 г.,В Центре малых планет перечислено 7 079 троянцев Юпитера, в том числе 4 603 на уровне точки Лагранжа L ₄ (греческий лагерь) и 2476 на уровне точки Лагранжа L ₅ (лагерь троянцев). Из них 4915 имели окончательное обозначение .

Согласно базе данных JPL, к которой обращались на 20 июля 2019 г.,, Троянцы Юпитера составляют около 0,9% упомянутых малых планет и около 15% упомянутых малых планет за пределами главного пояса (понимаемого в широком смысле).

Некоторые цифры, показывающие эволюцию открытий: 170 троянцев пронумерованы Октябрь 1999 г., 877 дюйм Июль 2004 г., С 1234 по 12 марта 2008 г. (Всего перечислено 2327), 4865 в 30 мая 2018 г. (Всего перечислено 7031).

Состав

Астероиды можно классифицировать по химическому составу. Определить размеры такого небольшого тела как астероид в огромной Солнечной системе, которое к тому же не излучает свет, чрезвычайно трудно. Это помогает осуществить фотометрический метод — измерение блеска небесного тела. По свойствам и характеру отражённого света судят о свойствах астероидов. Так, с помощью этого метода все астероиды разделили на три группы:

Углеродистые

Тип С. Их больше всего – 75%. Они плохо отражают свет, а расположены на внешней стороне пояса.

Углеродистые астероиды класса C, названные так из-за большого процента простейших углеродных соединений в их составе, являются наиболее распространёнными объектами в главном поясе, на них приходится 75% всех астероидов, особенно большая их концентрация характерна для внешних областей пояса. Эти астероиды имеют слегка красноватый оттенок и очень низкое альбедо (между 0,03 и 0,0938).

Поскольку они отражают очень мало солнечного света, их трудно обнаружить. Вполне вероятно, что в поясе астероидов находится ещё немало относительно крупных астероидов, принадлежащих к этому классу, но до сих пор не найденных из-за малой яркости. Зато эти астероиды довольно сильно излучают в инфракрасном диапазоне из-за наличия в их составе воды.

В целом их спектры соответствуют спектру вещества, из которого формировалась Солнечная система, за исключением летучих элементов. По составу они очень близки к углеродистым хондритным метеоритам, которые находят на Земле. Крупнейшим представителем этого класса является астероид (10) Гигея.

Песчаные

Тип S. Свет эти тела отражают сильнее и находятся в зоне внутренней.

Вторым по распространённости спектральным классом среди астероидов главного пояса является класс S, который объединяет силикатные астероиды внутренней части пояса, располагающиеся до расстояния 2,5 а. е. от Солнца.

Спектральный анализ этих астероидов выявил наличие в их поверхности различных силикатов и некоторых металлов (железо и магний), но практически полное отсутствие каких-либо углеродных соединений. Это указывает на то, что породы за время существования этих астероидов претерпели значительные изменения, возможно, в связи с частичным плавлением и дифференциацией.

Они имеют довольно высокое альбедо (между 0,10 и 0,2238) и составляют 17% от всех астероидов. Астероид (3) Юнона является самым крупным представителем этого класса.

Металлические

Тип М. Отражающая способность их подобна телам группы S, а расположены они в центральной зоне пояса.

Похожее по теме… Астероиды — реальные и мнимые угрозыВ настоящий момент в Солнечной системе обнаружены сотни тысяч астероидов. По состоянию на 2016 год в базе данных насчитывалось 670 474 объекта, из которых для 422 636 точно

Однако в случае с металлическими астероидами не всё так просто.

В ходе исследований обнаружено несколько тел, вроде астероида (22) Каллиопа, спектр которых близок спектру астероидов класса M, но при этом они имеют крайне низкую для металлических астероидов плотность. Химический состав подобных астероидов на сегодняшний день практически неизвестен, и вполне возможно, что по составу они близки к астероидам класса C или S.

Состав астероидов аналогичен метеоритному, ведь последние фактически являются их осколками. Минералогический состав их не отличается разнообразием. Выявлено всего около 150 минералов, тогда как на Земле их больше 1000.

Физические характеристики

Величайший троян Юпитера — (624) Гектор . Это удлиненный объект длиной 370  км, шириной 195  км и средним диаметром около 225  км . База данных JPL консультировалась по20 июля 2019 г.,идентифицирует 17 троянов со средним диаметром более 100  км и показывает, что около двух третей троянцев имеют величину менее 14, что соответствует диаметру, близкому к 10  км или более.

На сегодняшний день (середина 2019 года) пять троянцев Юпитера были идентифицированы как часть астероидной системы. (624) У Гектора есть маленькая луна Скамандриоса . Остальные четыре можно рассматривать как примеры двойных тел в том смысле, что основное тело и его спутник имеют сопоставимые размеры. Это (617) Патрокл (с Менетиосом ), (16974) Ифтиме, (17365) 1978 VF ₁₁ и (29314) Эвридам .

Большинство троянцев, которые можно охарактеризовать спектральным классом, относятся к D-типу . Это предполагает, в соответствии с моделью Ниццы, что юпитерианские троянцы (а также другие астероиды внешней периферии главного пояса, такие как астероиды группы Хильда ) могли быть разрушенными остатками планетезималей, существовавших в ранние века. Солнечная система, перемещенная в эту зону во время миграций планет-гигантов.

Исследование, проведенное командой Franck Marchis’ и опубликован в 2006 году показывает, что плотность в двоичном астероид (617) Патрокл ниже, чем у воды лед, предполагая, что эта пара (и, возможно, большинство троянов) может выглядеть как кометы или пояса Койпера объекты, чем астероиды Главного пояса. Этот результат с тех пор подтвержден сопоставимыми исследованиями других двоичных троянов. Это согласуется с описанным выше сценарием происхождения троянов Юпитера.

Гипотезы происхождения

Взрыв планеты

Самая романтическая версия – взорвавшаяся мифическая планета Фаэтон. Она якобы была населена разумными существами, достигшими высокого уровня жизни. Но разразилась ядерная война, в итоге и разрушившая планету. Но изучение структуры и состава метеоритов выявило, что вещества только одной планеты недостаточно для такого разнообразия. Да и возраст метеоритов – от миллиона до сотен миллионов лет – показывает, что дробление астероидов было продолжительным. А планета Фаэтон — просто красивая сказка.

Столкновения протопланетных тел

Эта гипотеза превалирует. Она достаточно достоверно объясняет происхождение астероидов. Планеты образовывались из облака, состоящего из газа и пыли. Но в областях, находящихся между Юпитером и Марсом, процесс завершился созданием протопланетных тел, от столкновения которых и рождались астероиды. Есть версия, что самые крупные из малых планет именно зародыши планеты, не сумевшей сформироваться. К таким объектам можно отнести Цереру, Весту, Палладу.

Как известно, самый большой астероид – Церера (диаметр 1000 км). Вообще же астероиды имеют диаметры от нескольких километров до нескольких десятков километров, причем большинство астероидов – бесформенные глыбы. Массы астероидов хоть и различны, но слишком малы, чтобы эти небесные тела могли удержать атмосферу. Общая масса всех астероидов, собранных вместе, примерно в 20 раз меньше массы Луны. Из всех астероидов получилась бы одна планета диаметром меньше 1500 км.

В последние годы удалось открыть спутники (!) у некоторых астероидов. Впервые сфотографировали астероид с расстояния все лишь 16 тыс. км 29 октября 1991 г. с борта американского космического корабля “Галилео”, запущенного 18 октября 1982 г. для исследования Юпитера. Пересекая пояс астероидов, “Галилео” сфотографировал малую планету 951 – астероид Гаспра. Это типичный астероид. Большая полуось его орбиты 2,21 а.е. Он оказался неправильной формы и, возможно, образовался в результате столкновения более крупных тел в поясе астероидов. На фотографиях видны кратеры (их диаметр 1-2 км, освященная часть астероида – 16×12км). На снимках удается различить детали поверхности астероида Гаспра размером 60-100 м.