Những người đi lang thang trong khách hàng của Trojan • Alexey Levin • Tin tức khoa học về "Yếu tố" • Thiên văn học

Trojan khách lang thang

Hình 1. Tiểu hành tinh 2010 TK7 (vòng tròn màu xanh lá cây), "Trojan" đầu tiên trên cạn. Các điểm khác chủ yếu là các vì sao và các thiên hà vượt xa hệ mặt trời của chúng ta. Bức ảnh được chụp bởi kính thiên văn hồng ngoại quỹ đạo WISE (NASA) ở bước sóng 4,6 micron vào tháng 10 năm 2010. Hình ảnh © NASA / JPL-Caltech / UCLA từ www.nasa.gov

Ba nhà thiên văn học người Canada đã khám phá ra một hành tinh nhỏ, mà họ coi là một ứng cử viên đáng tin cậy cho danh hiệu tiểu hành tinh đầu tiên của Trái Đất – Trojan. Điều này đã được báo cáo trong một bài báo của Paul Wigert, một giáo sư tại Đại học Western Ontario, và hai đồng tác giả của ông, xuất hiện vào cuối tháng 7 trên tạp chí Thiên nhiên.

Trong những năm gần đây, các nhà hành tinh học đã chú ý đến việc tìm kiếm các tiểu hành tinh quay quanh Mặt trời gần Trái đất và trong cùng khoảng thời gian (để vận tốc góc trung bình của chuyển động quỹ đạo của chúng trùng với Trái đất – trong ngôn ngữ của cơ học thiên thể, đây là 1: 1 cộng hưởng): Co-quỹ đạo cấu hình. Trong các tài liệu khoa học, tên Trái đất Tiểu hành tinh (ECA), hoặc đơn giản là coorbitals – đồng quỹ đạo gần trái đất tiểu hành tinh, hoặc đồng tọa độ, đã bị mắc kẹt với chúng.

Tọa độ đầu tiên được mở vào năm 2001. Cho đến bây giờ, tất cả các đại diện được biết đến của gia đình này đều thuộc về hai nhóm – quasi-vệ tinh (Quasi-vệ tinh) và quỹ đạo móng ngựa ("cơ quan với quỹ đạo giống như móng ngựa", quỹ đạo Horseshoe).Một quasi-vệ tinh (hoặc bán vệ tinh) quỹ đạo quanh mặt trời trong một hình elip, bên trong hành tinh của chúng ta nằm ở đâu. Một quỹ đạo móng ngựa đơn giản (Hình 2) lần đầu tiên nằm ở phía bên ngoài của quỹ đạo của trái đất, sau đó đi qua nó và tạo ra một chuyển động quay trở lại trong khu vực bên trong của nó, cuối cùng mô tả móng ngựa – do đó tên.

Hình 2 Một quỹ đạo móng ngựa đơn giản đầu tiên nằm ở phía bên ngoài của quỹ đạo của trái đất, sau đó nó đi qua và làm cho một chuyển động trở lại trong khu vực bên trong của nó, cuối cùng mô tả một móng ngựa – do đó tên. Hình từ www.astro.uwo.ca

Các tiểu hành tinh orbiter móng ngựa cũng có thể di chuyển dọc theo một quỹ đạo phức tạp hơn mà xoắn ốc vào quỹ đạo của Trái đất và đồng thời định kỳ thay đổi hướng, một lần nữa phác thảo một cái gì đó giống như một móng ngựa trong không gian. Bán kính của các cuộn dây có thể tăng quá nhiều đến mức tiểu hành tinh di chuyển một phần thời gian trong chế độ bán vệ tinh, tức là quỹ đạo của nó đồng thời bao phủ cả Mặt trời và Trái đất. Đó là tiểu hành tinh năm 2002 AA29, được phát hiện vào tháng 1 năm 2001.

Trong thập kỷ đầu tiên của thế kỷ của chúng tôi, năm người hàng xóm đồng quỹ đạo đã được phát hiện trên trái đất. Quỹ đạo của họ khá không ổn định, vì vậy thời gian ước tính của họ ở gần Trái đất chỉ là hàng trăm năm.Người ta tin rằng đây là một trong hai mảnh vỡ của Mặt trăng, bị tấn công từ bề mặt của nó bởi các tác động thiên thạch, hoặc các tiểu hành tinh từ vành đai chính di chuyển về phía Mặt trời.

Tiểu hành tinh mới được phát hiện 2010 TK7 không thuộc về bất kỳ nhóm nào trong số này. Nó thuộc về một nhóm các điều phối viên khác nhau, vốn được mở ra trước đây và trong một thời gian dài thường được coi là một loại. Cho đến cuối thế kỷ XX, nó chỉ bao gồm nhiều hành tinh nhỏ gắn với quỹ đạo của sao Mộc. Trong 15 năm qua, bốn tiểu hành tinh như vậy đã được tìm thấy gần sao Hỏa và tám thiên hà nữa – ở gần vùng quỹ đạo của sao Hải Vương. Bây giờ một cái gì đó tương tự đã được tìm thấy trong khu phố của trái đất – sự thật, cho đến nay chỉ được cho là.

Tiểu hành tinh, sẽ được thảo luận, được các nhà thiên văn học biết đến chỉ 105 tuổi. Tuy nhiên, chúng được dự đoán sớm hơn nhiều – trong nửa sau của thế kỷ XVIII. Khả năng tồn tại của họ xuất phát từ tác phẩm kinh điển của chủ tịch Viện Hàn lâm Khoa học Berlin, Joseph Louis Lagrange, được thực hiện năm 1772. Theo Leonard Euler, ông đang tìm kiếm các giải pháp chính xác cho bài toán ba thân nổi tiếng do Isaac Newton xây dựng.

Nói chung, nó đòi hỏi phải xác định chuyển động của ba cơ quan (nói đúng, ba điểm vật chất), được thu hút lẫn nhau theo luật pháp của thế giới.Không giống như vấn đề hai cơ thể tương tự (vấn đề Keplerian nổi tiếng), vấn đề này không có giải pháp phân tích chung. Tuy nhiên, nó có thể được đơn giản hóa bằng cách giả định rằng khối lượng của một cơ thể là không đáng kể so với những người khác. Nói chung, nó không được giải quyết ngay cả với một tuyên bố như vậy, nhưng nó có các giải pháp cụ thể nghiêm ngặt, ba trong số đó đã được tìm thấy bởi Euler năm 1767, và hai, năm năm sau, bởi Lagrange.

Tất cả các giải pháp này mô tả các cấu hình trong đó ba vật thể đang nghỉ ngơi tương đối với nhau (nghĩa là khoảng cách giữa chúng vẫn không đổi). Trong trường hợp mà Euler xem xét, chúng nằm trên cùng một đường thẳng, tất nhiên, di chuyển trong không gian. Trong giải pháp mà Lagrange tìm thấy, những vật thể này luôn nằm ở các đỉnh của tam giác đều. Dung dịch của Euler không ổn định – một sự dịch chuyển nhỏ bất kỳ của bất kỳ cơ thể nào từ một vị trí cân bằng không thể phá hủy hoàn toàn toàn bộ cấu hình.

Một điều nữa – quyết định của Lagrange. Một cơ thể có khối lượng không đáng kể trở về vị trí cân bằng của nó từ chuyển vị với biên độ không quá lớn, nếu khối lượng của các vật thể khác thỏa mãn các tỷ lệ nhất định.Những mối quan hệ này rõ ràng là được đáp ứng, miễn là khối lượng của một trong những vật thể này vượt quá khối lượng của vật thể kia bởi ít nhất hai bậc độ lớn. Yêu cầu như vậy với một biên độ an toàn lớn được đáp ứng cho trường hợp khi cơ thể lớn hơn là Mặt Trời, và thân nhỏ hơn là bất kỳ hành tinh nào. Theo đó, về nguyên tắc, mỗi hành tinh của Hệ Mặt Trời có thể có các bạn đồng hành nhẹ đi cùng nó trong bất kỳ điểm nào của Lagrange.

Các vị trí cân bằng được tìm thấy bởi Euler và Lagrange được gọi là các điểm hiệu chỉnh. Điểm Euler được ký hiệu bằng L1L2 và l3, Lagrangian – L4 và l5. Trong hệ thống "Mặt trời", hai điểm hiệu chỉnh đầu tiên cùng tồn tại với hành tinh của chúng ta, một điểm nằm ngoài quỹ đạo của nó và bên trong khác (Hình 3). Điểm L3 nằm ở phía đối diện của Mặt trời (nói cách khác, nơi Trái đất sẽ ở trong sáu tháng) và phần nào bị dịch chuyển theo hướng của nó. Các điểm hiệu chỉnh Lagrange di chuyển trong quỹ đạo Trái đất (giả sử rằng nó là một vòng tròn thông thường), L4 phía trước trái đất và L5 – đằng sau. Đương nhiên, khoảng cách góc giữa Trái đất và bất kỳ điểm Lagrange nào là 60 độ.

Hình 3 Lagrange điểm trong hệ thống của hai cơ quan, khi một cơ thể là lớn hơn nhiều so với một cơ quan khác (ví dụ, trong hệ thống "Sun-Earth"). Hình từ en.wikipedia.org

Các điểm hiệu chỉnh Lagrange trong hơn một thế kỷ vẫn là một trừu tượng toán học. Nó được biến thành hiện thực bởi hai nhà khoa học – Maximilian Wolf, một giáo sư địa vật lý tại Đại học Heidelberg, và Karl Charlier, giám đốc đài quan sát tại Đại học Lund. Năm 1891, Wolf là người đầu tiên trên thế giới sử dụng nhiếp ảnh để tìm kiếm các hành tinh nhỏ, và với sự giúp đỡ của nó, anh đã tìm thấy 250 tiểu hành tinh.

Vào ngày 23 tháng 2 năm 1906, anh chụp một tiểu hành tinh rất mờ, đang di chuyển gần như trong một quỹ đạo tròn có cùng bán kính với quỹ đạo của Sao Mộc, phía trước hành tinh khổng lồ 55,5 độ. Trong danh sách các tiểu hành tinh, ông đã nhận được số 588 và được đặt tên là Achilles. Charlier là người đầu tiên kết luận rằng Achilles dao động trong vùng lân cận của điểm hiệu chuẩn Jovian L4. Chẳng mấy chốc đã phát hiện ra tiểu hành tinh Patroclus, và gần điểm L 5 – Hector. Vì tất cả chúng được đặt tên theo các anh hùng của cuộc Chiến tranh Trojan, được mô tả trong Homeric Iliad, các tiểu hành tinh của gia đình này được gọi là các tiểu hành tinh Trojan, hoặc "Trojans" (xem thêm: Trojan).Theo thời gian, nó bật ra rằng "Trojan" retinue của sao Mộc là khá nhiều. Vào đầu những năm 1990, khoảng ba trăm Trojan được phát hiện xung quanh quỹ đạo sao Mộc, và bây giờ họ đã biết khoảng năm nghìn.

Hành vi thực sự của Jupiter "Trojans" (xem sao Mộc Trojan) phức tạp hơn nhiều so với hình ảnh Lagrange. Động lực học của chúng không còn được mô tả bởi các giải pháp của vấn đề ba cơ thể – nếu chỉ vì những tiểu hành tinh này cảm nhận được sự hấp dẫn của Sao Thổ. Chúng di chuyển trong quỹ đạo hình elip tương đối ổn định, khác nhau nghiêng về mặt phẳng ecliptic. Khoảng cách góc giữa chúng và sao Mộc thay đổi theo giới hạn rất rộng, thay đổi từ 45 độ đến hàng trăm.

Bây giờ bạn có thể nói về tiểu hành tinh 2010 TK7. Để bắt đầu, cần lưu ý rằng vấn đề của các Trojans gần Trái Đất đã nhiều lần được xem xét trong các công trình lý thuyết trên cơ học thiên thể. Kết quả tính toán cho thấy những tiểu hành tinh này khó nhận thấy từ bề mặt Trái Đất, vì chúng chỉ thỉnh thoảng xuất hiện trên bầu trời đêm. Do đó, không có gì đáng ngạc nhiên khi công việc này được thực hiện bởi kính thiên văn hồng ngoại quỹ đạo WISE (Máy quan sát khảo sát hồng ngoại rộng), được đưa vào không gian gần trái đất vào ngày 14 tháng 12 năm 2009.Ông chỉ làm việc mười tháng, từ tháng 1 năm 2010 đến tháng 10. Trong thời gian này, ông đã chụp một triệu rưỡi bức ảnh và tìm thấy khoảng 35 ngàn tiểu hành tinh và sao chổi chưa biết trước đây, bao gồm hơn năm trăm vật thể không gian gần Trái Đất. Trong số đó là tiểu hành tinh 2010 SO16, một ứng cử viên mới cho các quỹ đạo móng ngựa, người cũng được nhóm Weigert phát hiện. Tuy nhiên, thành tựu chính của kính thiên văn WISE cho đến nay đã trở thành TK 20107. Tuy nhiên, một báo cáo đầy đủ về kết quả của đài quan sát này sẽ được công bố chỉ vào mùa xuân năm 2012, vì vậy người ta có thể hy vọng cho những bất ngờ khác.

Paul Wigert và các đồng nghiệp đã phát hiện ra một tiểu hành tinh mới trong khi xem một kho lưu trữ các bức ảnh chụp bằng thiết bị kính viễn vọng WISE mùa thu năm ngoái. Ban đầu, họ chỉ có dữ liệu về các tọa độ góc của nó trong sáu ngày, mà chưa được phép khẳng định hoàn toàn chắc chắn rằng đó là Trojan đã được phát hiện. Tuy nhiên, vào tháng Tư năm nay, tiểu hành tinh xuất hiện trên bầu trời đêm và được đăng ký bởi một kính viễn vọng Canada-Pháp 360 cm nằm ở Hawaii (Kính viễn vọng Canada-Pháp-Hawaii). Những quan sát này đã làm cho nó có thể tinh chỉnh quỹ đạo của nó đến mức mà nhóm Weigert đã có thể công bố việc mở ứng cử viên đầu tiên cho các Trojans gần Trái Đất.Tất nhiên, các nhà thiên văn học vẫn chưa đưa ra quyết định cuối cùng về tình trạng của tiểu hành tinh này, nhưng các tác giả của bài báo Thiên nhiên không có nghi ngờ rằng kết luận của họ sẽ vẫn hợp lệ.

Hiện tại TK 20107 thực hiện rung lắc quanh điểm L4 (Hinh 4). Trong hệ tọa độ xoay quanh Mặt trời cùng với Trái đất, quỹ đạo trung bình hiện tại của nó giống như một hình elip với độ lệch tâm 0.191 (nó cũng dao động dọc theo con đường này dưới ảnh hưởng của sự thu hút của sao Mộc). Khoảng cách tối thiểu giữa tiểu hành tinh và Mặt trời trong giai đoạn chuyển động của nó là 0,81 a. e. (đơn vị thiên văn, nói cách khác, bán kính trung bình của quỹ đạo của trái đất), tối đa – 1,19 a. e) Độ nghiêng của quỹ đạo đối với mặt phẳng của quỹ đạo của Trái Đất hiện nay lên đến 20,9 độ. Đường kính của tiểu hành tinh, được ước tính trên cơ sở đo độ sáng của nó, là 300 mét, mà là khá nhiều cho một đối tượng gần Trái Đất. Thành phần của nó vẫn chưa được biết trong trường hợp không có dữ liệu quang phổ và trắc quang.

Hình 4 Tiểu hành tinh TK 2010 di cư7 giữa các điểm hiệu chuẩn. Hình từ bài viết được thảo luận trongThiên nhiên

Mặc dù các tham số của quỹ đạo hiện tại của "Trojan" gần Trái Đất đầu tiên được xác định với độ chính xác cao,Paul Wigert và các đồng nghiệp nhấn mạnh rằng do những tác động hỗn loạn của phong trào tương lai của nó có thể được dự đoán trong tối đa 5 nghìn năm. Đối với Trái đất, tại thời điểm này nó sẽ không gây nguy hiểm, vì khoảng cách giữa nó và hành tinh của chúng ta sẽ luôn vượt quá 20 triệu km. Theo tính toán, trong bốn thế kỷ tiếp theo, tiểu hành tinh sẽ mô tả trong các vòng không gian mặt trời rất lạ mắt có kích thước khác nhau và độ giãn dài khác nhau (xem video).

Các tác giả của bài báo cũng đưa ra kết quả tính toán mô hình mô tả hành vi của tập hợp các "dòng vô tính" của tiểu hành tinh này, có tham số quỹ đạo lệch khỏi các thiên thể thực tế chỉ trong phạm vi sai số đo lường có thể xảy ra. Những kết quả này cho thấy rằng tiểu hành tinh đã đạt đến điểm hiệu chỉnh hiện tại của nó chỉ khoảng mười lăm trăm năm trước, và trước đó nó dao động quanh điểm L5, không phải phía trước trái đất, mà là đằng sau nó. Ông đã thực hiện một "nhảy" giữa các điểm hiệu chuẩn Lagrangian, đi qua vùng lân cận của điểm Euler L3. Khả năng đảo chiều mạnh mẽ của quỹ đạo đã được chứng minh về mặt lý thuyết khoảng 90 năm trước, nhưng cho đến nay chúng vẫn chưa bị nghi ngờ về bất kỳ cơ quan thiên thể thực sự nào.

Nguồn: Martin Connors, Paul Wiegert, Christian Veillet. Tiểu hành tinh Trojan của Trái Đất // Thiên nhiên. 2011. V. 475. P. 481-483.

Alexey Levin


Like this post? Please share to your friends:
Trả lời

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