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        圖解太陽(yáng)系小天體(5)

        2022-07-16 09:37:14葉楠
        太空探索 2022年7期
        關(guān)鍵詞:天王星海王星特洛伊

        文/ 葉楠

        特洛伊族小行星

        在木星圍繞太陽(yáng)公轉(zhuǎn)軌道的L4和L5拉格朗日點(diǎn)附近分布著大批小行星,被稱為木星特洛伊族小行星。這些小行星圍繞在L4和L5兩個(gè)細(xì)長(zhǎng)彎曲的區(qū)域內(nèi),軌道平均半長(zhǎng)徑約為5.2天文單位。據(jù)估計(jì)直徑大于1千米的木星特洛伊族小行星數(shù)量可能有100萬(wàn)顆之多,與小行星帶類似大小的小行星數(shù)量差不多。除了木星擁有自己的特洛伊族小行星之外,天王星、海王星、火星、地球和金星也都擁有自己的特洛伊族小行星。

        木星特洛伊族小行星

        1772年,數(shù)學(xué)家拉格朗日在研究限制性三體問(wèn)題時(shí)提出,與行星共享軌道且位于行星前后約60度的小天體將被困在這兩片馬蹄形的區(qū)域內(nèi),區(qū)域內(nèi)的兩個(gè)平衡點(diǎn)被稱為拉格朗日點(diǎn)L4和L5,其中L4位于行星公轉(zhuǎn)方向的前方,L5位于后方。1906年2月,德國(guó)天文學(xué)家沃爾夫在木星L4點(diǎn)附近發(fā)現(xiàn)了一顆小行星,以希臘神話特洛伊戰(zhàn)爭(zhēng)中的人物阿基里斯命名,這也是特洛伊族小行星名稱的由來(lái)。截至2021年,已經(jīng)確認(rèn)發(fā)現(xiàn)的木星特洛伊族小行星數(shù)量超過(guò)1.1萬(wàn)顆。圖為木星特洛伊族小行星與主帶小行星相對(duì)位置分布。

        588號(hào)阿基里斯

        德國(guó)海德堡天文臺(tái)的馬克思·沃爾夫是一位擁有諸多發(fā)現(xiàn)的天文學(xué)家,他將攝影術(shù)應(yīng)用到天文觀測(cè)之中,一生中共發(fā)現(xiàn)了248顆小行星、2顆彗星以及4顆超新星。他和美國(guó)天文學(xué)家巴納德是好友兼競(jìng)爭(zhēng)者的關(guān)系。1910年,沃爾夫搶在巴納德前首先觀測(cè)到了回歸的哈雷彗星。1904年巴納德發(fā)現(xiàn)了一顆特洛伊族小行星,但由于當(dāng)時(shí)并沒(méi)有計(jì)算出這顆天體的軌道,直到1999年才被確認(rèn)。于是在沃爾夫發(fā)現(xiàn)的諸多小行星中,588號(hào)阿基里斯幸運(yùn)地成為了人類歷史上第一顆被確認(rèn)的特洛伊族小行星。這顆小行星直徑為130千米,在木星特洛伊族小行星大小排名中位居第4位,軌道周期為11年11個(gè)月,和木星公轉(zhuǎn)周期一致。它的發(fā)現(xiàn)也驗(yàn)證了拉格朗日的預(yù)測(cè)。圖為發(fā)現(xiàn)之初拍攝的“阿基里斯”照片。

        兩個(gè)陣營(yíng)中的“內(nèi)奸”

        在木星L4和L5點(diǎn)的小行星雖然都被稱為特洛伊族小行星,但它們的命名也是頗為有趣的。L4點(diǎn)附近的小行星是以戰(zhàn)爭(zhēng)中希臘一方的英雄命名,也被稱為“希臘陣營(yíng)”,與之相對(duì)L5點(diǎn)附近則是“特洛伊陣營(yíng)”。不過(guò)這其中也有兩個(gè)例外,分別是“特洛伊陣營(yíng)”中的“帕特洛克魯斯”和“希臘陣營(yíng)”中的“赫克托”,這兩顆小行星由于命名時(shí)間早于陣營(yíng)定義的時(shí)間,于是不小心深入了“敵營(yíng)”之中。617號(hào)小行星帕特洛克魯斯實(shí)際上是由兩顆小行星組成的雙星系統(tǒng),直徑分別為122千米和112千米,彼此相距680千米,每4.3天相互繞轉(zhuǎn)一周。624號(hào)小行星赫克托是木星特洛伊族小行星中最大的一顆,而且也是太陽(yáng)系內(nèi)最狹長(zhǎng)的一顆,它的長(zhǎng)軸達(dá)403千米,但平均直徑只有201千米。估計(jì)它很可能是由兩顆小行星密接而成。圖為藝術(shù)家筆下描繪的“帕特洛克魯斯”(上)和“赫克托”(下)。

        天王星特洛伊族小行星

        木星是太陽(yáng)系中擁有特洛伊族小行星數(shù)量最多的天體,在其他大行星附近是否也有特洛伊族小行星的存在呢?答案是肯定的。天王星雖然距離我們更加遙遠(yuǎn),但依靠現(xiàn)代觀測(cè)技術(shù)已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了兩顆天王星的特洛伊族小行星。小行星2011 QF99圍繞天王星L4點(diǎn)運(yùn)行,但它只是被天王星俘獲的一顆小行星,它將在天王星L4點(diǎn)運(yùn)行大約7萬(wàn)年(圖為它未來(lái)的運(yùn)行軌跡)。2014 YX49同樣也位于天王星L4點(diǎn),它成為天王星的特洛伊族小行星已經(jīng)有大約6萬(wàn)年時(shí)間,并且還將繼續(xù)運(yùn)行8萬(wàn)年。

        海王星特洛伊族小行星

        相比于天王星,已經(jīng)確認(rèn)的海王星特洛伊族小行星數(shù)量要更多一些。在海王星L4點(diǎn)上發(fā)現(xiàn)了24顆,L5點(diǎn)上發(fā)現(xiàn)了4顆。最早發(fā)現(xiàn)的海王星特洛伊族小行星是位于海王星L4點(diǎn)附近的2001 QR322。2010年天文學(xué)家在對(duì)銀河系中心附近恒星被塵埃云遮擋的區(qū)域進(jìn)行巡天觀測(cè)時(shí)偶然發(fā)現(xiàn)了2008 LC18,這是海王星L5點(diǎn)上發(fā)現(xiàn)的首顆特洛伊族小行星(圖為當(dāng)時(shí)發(fā)現(xiàn)時(shí)的照片)。2013年底,正飛向冥王星的新視野號(hào)探測(cè)器在途徑海王星時(shí)發(fā)現(xiàn)了2011 HM102,這是已知軌道傾角最大的海王星特洛伊族小行星。除此之外,海王星還擁有數(shù)顆高傾角特洛伊族小行星,研究表明這些小行星大都也是被海王星俘獲的,而不是在太陽(yáng)系早期形成的。

        火星特洛伊族小行星

        如果特洛伊族小行星更多的是被大行星通過(guò)引力俘獲的,那對(duì)于火星來(lái)說(shuō)似乎有些困難。因?yàn)樵诎舜笮行侵?,火星的質(zhì)量?jī)H排在倒數(shù)第二位。不過(guò)迄今為止已知的火星特洛伊族小行星數(shù)量也達(dá)到了14顆:火星L4點(diǎn)1顆,L5點(diǎn)13顆。其中最著名的是1990年帕洛瑪天文臺(tái)發(fā)現(xiàn)的5261號(hào)小行星尤里卡,是第一顆被發(fā)現(xiàn)的火星特洛伊族小行星,與其他大多數(shù)特洛伊族小行星不同的是,“尤里卡”呈紅色、反照率適中,位于火星L5點(diǎn)的中心處,這被認(rèn)為是起源于太陽(yáng)系早期的標(biāo)志——從太陽(yáng)系誕生之初到現(xiàn)在它一直位于這個(gè)穩(wěn)定的位置上。

        地球特洛伊族小行星

        2010年10月,廣域紅外巡天探測(cè)者空間望遠(yuǎn)鏡發(fā)現(xiàn)了2010 TK7,這也是人類歷史上首次發(fā)現(xiàn)地球的特洛伊族小行星。2010 TK7的直徑約300米,公轉(zhuǎn)周期365.394天。由于太陽(yáng)的引力作用,特洛伊族小行星一般不會(huì)一直固定在拉格朗日點(diǎn)上,而是在其附近的環(huán)形軌道上運(yùn)行。2010 TK7的軌道則不同尋常,它甚至可以運(yùn)行到接近日地L3點(diǎn),在L4和L3點(diǎn)之間運(yùn)行的周期約為400年。2020 XL5是2020年12月泛星計(jì)劃巡天發(fā)現(xiàn)的第二顆地球特洛伊族小行星,直徑1.2千米,不過(guò)由于金星的引力擾動(dòng)將會(huì)使它慢慢脫離現(xiàn)在的軌道位置,因此它只會(huì)在地球L4點(diǎn)附近停留大約4000年。圖為這兩顆地球特洛伊小行星現(xiàn)在的軌道位置示意圖。

        金星特洛伊族小行星

        2013 ND15也是由泛星計(jì)劃巡天發(fā)現(xiàn)的,是迄今為止已知唯一一顆金星特洛伊族小行星。它是一顆阿登型小行星,軌道半長(zhǎng)軸為0.7235天文單位,與金星軌道極為相近。它的偏心率高達(dá)0.6115,在環(huán)繞金星L4點(diǎn)的軌道上運(yùn)行。基于反照率估算出其直徑為40~100米,雖然它的軌道也會(huì)穿越地球和水星的軌道,不過(guò)并沒(méi)有被列入具有潛在威脅的小行星列表中。2016年6月,它曾經(jīng)近距離接近地球,最近距離為0.077天文單位。圖為泛星計(jì)劃位于夏威夷的口徑1.8米望遠(yuǎn)鏡。

        露西號(hào)小行星探測(cè)器

        2021年10月16日,“露西號(hào)”從卡納維拉爾角空軍基地發(fā)射升空,計(jì)劃于2027年抵達(dá)木星L4點(diǎn)的“希臘陣營(yíng)”,對(duì)其中4顆小行星進(jìn)行探測(cè),之后預(yù)計(jì)在2033年抵達(dá)木星L5點(diǎn)的“特洛伊陣營(yíng)”,對(duì)617號(hào)小行星帕特洛克魯斯進(jìn)行探測(cè)?!奥段魈?hào)”的命名來(lái)自于著名的阿法南方古猿,寓意對(duì)特洛伊族小行星的研究有助于揭開(kāi)行星演化的奧秘。

        太陽(yáng)系內(nèi)大行星特洛伊族小行的數(shù)量可能和主帶小行星數(shù)量一樣多。關(guān)于特洛伊族小行星的研究對(duì)于探索太陽(yáng)系的起源、行星的形成,甚至地球上生命的誕生都有著重要的聯(lián)系。期待“露西號(hào)”在不遠(yuǎn)的未來(lái)能為人類帶來(lái)更多新的發(fā)現(xiàn)。讓我們的目光繼續(xù)指向位于海王星外側(cè)的柯伊伯帶,那里或許擁有更多數(shù)量的太陽(yáng)系小天體。在大行星的引力擾動(dòng)下,偶爾還會(huì)有小天體飛離這片區(qū)域,有的游蕩在木星和海王星軌道之間,成為半人馬型小行星;有些甚至?xí)w入內(nèi)太陽(yáng)系,成為一顆短周期彗星,而彗星在軌道上遺撒的物質(zhì)如果有機(jī)會(huì)落到地球上便會(huì)成為一場(chǎng)流星雨。

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