Скалистое, ледяное тело размером с Род-Айленд играет за лидером с седьмой планетой от Солнца, сверкая вдоль орбиты Урана на одну шестую оборота впереди планеты. Тело, временно получившее название QF99 2011 года, является первым в своем роде, обнаруженным вокруг Урана. Исследователи, сообщающие в журнале Science, документируют его обнаружение и показывают, что он, вероятно, не один, обещая более четкую картину продолжающейся игры в небесный пинбол во внешних областях Солнечной системы.
Известно, что вокруг Юпитера существуют тысячи одинаково расположенных тел; их называют троянами, потому что каждый назван по имени мифологического персонажа в Троянской войне. Но ученые полагали, что гравитационное перетягивание вокруг Урана и Сатурна , особенно тяга Юпитера, сделало подобных спутников там маловероятными.
Что именно являются троянами? Их история восходит к 18-му веку, когда известный математик по имени Жозеф-Луи Лагранж написал эссе по проблеме трех тел, определяя пять положений, в которых гравитационные эффекты тела вращаются вокруг другого тела (представьте себе систему Земля-Луна как одно тело, окружающее Солнце) позволит третьему меньшему телу оставаться сбалансированным. Когда находится в любой из этих пяти точек Лагранжа, третье тело будет казаться стационарным относительно двух других. Три из этих пяти позиций, называемые L1, L3 и L3, будут нестабильными - если третье тело будет немного отклоняться от курса из любого из этих положений, оно никогда не сможет оправиться от оплошности. L1 и L2 являются идеальными местами для размещения искусственных спутников, которые изучают Солнце и космос, хотя траектории космических кораблей должны постоянно настраиваться, чтобы они оставались в этих точках.
Система Солнце-Земля имеет пять точек Лагранжа, где третья меньшая масса может оставаться неподвижной относительно Солнца и Земли. L2 - будущий дом космического телескопа Джеймса Вебба, который будет смотреть во вселенную. Изображение через NASA / WMAP Science Team
Но в двух точках Лагранжа, называемых L4 и L5, тело будет оттягиваться назад независимо от того, в какую сторону оно дрейфует, заставляя его качаться вокруг точки, как гимнаст на высокой планке. Фактически, множество тел - многие тысячи - могут танцевать вокруг каждой точки в пределах вытянутой области стабильности, которая очерчивает траекторию обращения планеты по орбите. Одна из этих точек находится на 60 градусов впереди на этой орбитальной траектории, а другая на 60 градусов позади.
Другие системы трех тел имеют те же точки баланса, и в 1906 году астрономы обнаружили астероид в области L4 орбиты Юпитера вокруг Солнца, назвав тело Ахиллесом. В последующие годы вокруг L4 и L5 Юпитера было обнаружено больше троянских астероидов, а в последнее время были обнаружены троянцы на орбитах других планет, включая Марс, Нептун и даже Землю.
Но никто не появился на Уран или Сатурн - до сих пор. В рамках исследования телескопа Канада-Франция-Гавайи, предназначенного для поиска малых тел, находящихся на орбите за пределами самой далекой планеты, команда астрономов Нептун обнаружила QF99 2011 года на трех снимках, снятых с интервалом в один час на одном и том же участке неба. Яркость объекта предполагала, что он был 60 километров в поперечнике, и его орбита удерживала его так же далеко, как Уран, но дальнейшие наблюдения в 2011 и 2012 годах отличали его от Кентавра, неустойчивого ледяного тела, которое вращается вокруг Солнца и иногда пересекает, но не следует или не следует за ним. привести, планетарные орбиты. Исследование команды показало, что QF99 2011 года бежит впереди Урана, как собака на поводке: это был троян L4.
«Уранский троян не был в центре нашего исследования», - говорит Майк Александерсен, астроном из Университета Британской Колумбии. «Когда мы поняли, что это было, мы были похожи на« Вау, вау ».»
В отличие от большинства других известных троянов, которые заняли свои нынешние позиции в начале образования Солнечной системы, QF99 2011 года был, вероятно, первым кентавром и позже был захвачен на L4, пойман, когда он просочился внутрь из более отдаленных районов. Численный анализ деталей орбиты QF99 2011 года позволяет предположить, что он останется трояном в течение 70000 лет, прежде чем через миллион лет он выйдет за пределы области стабильности L4 и снова присоединится к кентаврам.
2011 QF99, значит, временный троян. А симуляции Александерса и его команды , впервые представленные в новой статье , показывают, что 2011 QF99 не одинок. Около 3 процентов малых тел во внешней солнечной системе делят орбиту с Нептуном или Ураном в любой момент времени. «Вокруг Солнечной системы летает много астероидов и комет, и многие из них пересекают орбиты планет, и захватывается только крошечная часть», - говорит он. Захват - это «событие с низкой вероятностью. Интуитивно мы думали, что вероятность этого еще ниже ».
В то время как более постоянные троянцы могут многое сказать о первозданном столкновении, временные трояны, включая других, обнаруженных на орбите с Нептуном и Землей, могут раскрыть информацию о количестве Кентавры, населяющие нижние пределы, как они туда попали и какими путями они следуют.
«Эти нестабильные объекты, кентавры, часто становятся кометами семейства Юпитера, многие из которых приближаются к Земле и могут, в конечном итоге, представлять угрозу воздействия», - говорит Джонти Хорнер, астроном из Университета Нового Южного Уэльса, который не участвует в исследовании. «Возможность изучать эти объекты, когда они находятся далеко от Солнца и поэтому не скрыты кометной комой, может многое рассказать нам о кометах и других объектах, которые могут угрожать Земле».
«Это действительно захватывающее открытие для меня и для других людей, которые смотрят на маленькие тела Солнечной системы», - добавил он.
Александер, который отмечает, что риск столкновения чрезвычайно низок, говорит, что результаты говорят о том, сколько еще осталось знать о нашей солнечной системе. Он предсказывает, что больше будет обнаружено, поскольку астрономы продолжают обнаруживать все меньшие и меньшие объекты. «Если есть один 60-километровый троянец, то, вероятно, существуют десятки километровых троянов», - говорит он. «Мы просто пока их не видим».
