Астероиды-троянцы

Эта небольшая точка — околоземный астероид 2020 XL₅. Изображение было получено путем сложения 13 кадров, сделанных с помощью телескопа Lowell Discovery. Однако астрограф при съемке смещался не вслед за звездами, как это происходит в обычном режиме, а вслед за наблюдаемым астероидом. Это приводит к тому, что на итоговом изображении звезды получаются в виде черточек, а астероид — в виде точки, что мы и наблюдаем на фото.

Астероид 2020 XL₅ был открыт 12 декабря 2020 года с помощью обзорного телескопа Pan-STARRS1 на Гавайях. Исследователи установили, что диаметр 2020 XL₅ составляет около 1,2 километра, а по своему химическому составу он относится к самому распространенному C-типу — состоит по большей части из углерода и имеет темную поверхность.

В феврале 2022 года в журнале Nature была опубликована довольно любопытная статья. Используя архивные данные, удалось более точно определить орбиту 2020 XL₅, и оказалось, что он является троянским астероидом Земли. На сегодняшний день науке известно лишь два таких объекта, что делает этот астероид уникальным. Его диаметр примерно в три раза больше, чем у 2010 TK₇ — первого открытого троянского астероида Земли (см. Блуждания троянского гостя, «Элементы», 02.08.2011).

Троянские астероиды — это малые небесные тела, которые движутся по той же орбите, что и планеты, но всегда остаются впереди или позади них, при этом их орбиты отличаются высокой стабильностью. Такие астероиды располагаются вблизи точек Лагранжа (см. лекцию Владимира Сурдина «Точки Лагранжа») в системе Солнца и Земли. В этих точках силы притяжения, действующие на тело со стороны Солнца и Земли, взаимно компенсируются. Из них две точки Лагранжа — L4 и L5 — находятся под углом 60° к линии, соединяющей планету и Солнце (каждая из них образует равносторонний треугольник). Именно вокруг этих точек и группируются троянские астероиды. Слова «вблизи» и «вокруг» здесь весьма приблизительны: положение троянских астероидов может отклоняться от точек Лагранжа на десятки градусов.

Пять точек Лагранжа в гравитационной системе Земля–Солнце. Точки Лагранжа, обозначаемые L1–L3, динамически нестабильны, в отличие от точек L4 и L5, которые стабилизируются за счет эффекта Кориолиса. Гравитационные силы притяжения показаны красными стрелками, отталкивания — синими. Оба троянских астероида Земли находятся у точки L4. Изображение с сайта map.gsfc.nasa.gov

Астероид 2020 XL₅ вращается вокруг той точки Лагранжа (L4), которая находится впереди Земли. Так что он всегда «впереди планеты всей». Моделирование показывает, что эта малая планета могла оказаться на такой орбите только в XV веке, а покинет ее не менее чем через 4000 лет. Это может быть вызвано тем, что, двигаясь по орбите вокруг Солнца, этот астероид подлетает очень близко к Венере. И именно гравитация Венеры может привести в будущем к дестабилизации орбиты.

Анимация орбиты 2020 XL₅ с 1600 по 2500 год — относительно Солнца (желтая точка) и Земли (синяя точка). Изображение с сайта commons.wikimedia.org

Подавляющее большинство троянских астероидов, известных науке, вращаются вокруг точек L4 и L5 у самой тяжелой планеты Солнечной системы — Юпитера (см. Троянские астероиды Юпитера). В этом вопросе важна именно большая масса планеты, так как она способствует эффективному захвату астероидов в точках Лагранжа и не позволяет им сойти с этой орбиты. Поэтому у Юпитера известно несколько тысяч таких объектов, а у гораздо более легкой Земли — всего два.

Интересно, что троянским астероидам Юпитера дают имена исключительно в честь героев Троянской войны, причем около точки L4 находится лагерь греков, а возле точки L5 — троянцев. И огромный газовый гигант разделяет их, как стены неприступной Трои. По этой причине и все астероиды, движущиеся вокруг точек Лагранжа других планет и открытые существенно позже, тоже по традиции называют троянскими.

В 1990 году астрономы обнаружили первый троянский астероид, вращающийся по орбите не Юпитера, а другой планеты — Марса. В настоящее время известно 17 троянских астероидов вокруг Марса, 31 — вокруг Нептуна, два — вокруг Урана. У Сатурна долгое время не могли найти троянцев: вероятно, гравитация близкого Юпитера дестабилизирует орбиты и не дает сформироваться астероидам этого типа. Однако в 2019 году один такой объект у Сатурна всё-таки обнаружился.

Помимо троянских астероидов достоверно известно о существовании троянских спутников. В качестве двух массивных тел здесь выступают планета и ее крупный спутник (на орбите которого появляются точки Лагранжа), а не планета и Солнце, как у троянских астероидов. На сегодняшний день известно четыре троянских спутника, и все — у Сатурна. Два троянских спутника относятся к гравитационной системе «Сатурн — Тефия» — это Телесто со средним диаметром 24 км и Калипсо с диаметром 19 км. И два — к системе «Сатурн — Диона»: Елена (32 км) и Полидевк (4 км). По одной из версий, это обломки крупной луны Сатурна, которая была разрушена ударом крупного астероида или приливным взаимодействием планеты. В пользу этой гипотезы может говорить характер поверхности этих небесных тел. Она полностью покрыта измельченным грунтом — реголитом. Поэтому у троянских спутников может быть гораздо больше общего с кольцами Сатурна, чем с остальными крупными спутниками этой планеты (см. картинку дня Пропеллеры Сатурна). Однако до сих пор происхождение этих объектов остается загадкой. Все четыре троянских спутника Сатурна получили названия, так как были открыты значительно раньше, чем троянские астероиды Земли.

Троянские астероиды Земли — цель многих научных миссий. Осенью 2009 года, когда они еще не были открыты, их пытались найти аппараты миссии STEREO, но безрезультатно. Такая же участь постигла и OSIRIS-REx, который в феврале 2017 года, по пути к околоземному астероиду Бенну, решил попытать удачи и с помощью бортовых камер на протяжении 12 дней искал эти неуловимые «космические камешки». Но к двум известным земным троянцам миссии еще не отправились. А вот для исследования троянских астероидов Юпитера NASA разработало миссию Lucy. Аппарат был запущен в 2021 году. Планируется, что к 2027 году он доберется до точек Лагранжа Юпитера, пролетит мимо нескольких его троянских астероидов и изучит их поверхность.

Фото с сайта ru.wikipedia.org.

Михаил Батуков