行星的軌道上一定就沒(méi)有其他天體了嗎？之前我們說(shuō)過(guò)，冥王星被踢出太陽(yáng)系大行星的隊(duì)伍，主要就是因?yàn)樾行嵌x中有這么一條：已清空其軌道附近區(qū)域。而冥王星位于柯伊伯帶，那里除了有大量的小行星，彗星外，還有不少個(gè)頭與之相當(dāng)?shù)钠渌行恰?/p>
冥王星正是因?yàn)檫@一條被除了名。按照我們通常的理解，太陽(yáng)系這些大行星軌道上，肯定是干干凈凈的了。但其實(shí)不然，就拿最具代表性的木星來(lái)說(shuō)，它的軌道上其實(shí)就一直有大量的小行星存在。目前觀測(cè)到的，就有上千顆。
據(jù)推測(cè)，它的總數(shù)甚至可能和整個(gè)小行星帶在內(nèi)的小行星數(shù)量不相上下。按理說(shuō)，像木星這么大的質(zhì)量，引力是非常強(qiáng)的，它就像一塊大磁鐵，所到之處的小鐵屑，應(yīng)該都會(huì)被吸走才對(duì)。
就算不能成為木星的一部分，至少也應(yīng)該變成它的衛(wèi)星，怎么會(huì)有這么多的漏網(wǎng)之魚呢。既然這些小行星能夠長(zhǎng)期穩(wěn)定的和木星共軌，只有一個(gè)可能，就是它們和木星的公轉(zhuǎn)周期一致，這需要它們處于非常特殊的位置上。
沒(méi)錯(cuò)，就是拉格朗日點(diǎn)。我們知道，三體問(wèn)題是個(gè)無(wú)法精確求解的問(wèn)題。除了一些極為特殊的情況，比如說(shuō)拉格朗日這五個(gè)點(diǎn)，假如已經(jīng)有兩個(gè)天體在穩(wěn)定繞行，就像木星圍繞太陽(yáng)轉(zhuǎn)著。
這時(shí)候如果有第三個(gè)小質(zhì)量天體加入進(jìn)來(lái)，它只要位于這幾個(gè)拉格朗日點(diǎn)上，那么它所受到的引力和力的方向會(huì)指向系統(tǒng)的共同質(zhì)心。如果此時(shí)它在以特定的速度運(yùn)動(dòng)，也就是保持公轉(zhuǎn)周期和木星相當(dāng)，那么它所受到的引力合力就正好會(huì)充當(dāng)向心力。
于是，這三個(gè)天體基本上就可以保持相對(duì)靜止的穩(wěn)定狀態(tài)。目前，韋伯望遠(yuǎn)鏡所在的就是這樣一個(gè)位置。不過(guò)和韋伯望遠(yuǎn)鏡所在位置不同的是，韋伯位于的是日地拉格朗日點(diǎn)，而這些小行星位于的是日木的拉格朗日點(diǎn)。
其次，韋伯所在的是拉格朗日L2點(diǎn)，在地球軌道外側(cè)。而這些小行星位于L4和L五點(diǎn)附近，它們就在木星的軌道上，所以行星定義中“已清空其軌道附近區(qū)域”這條，天文學(xué)家對(duì)其中清除給了更詳細(xì)的定義。
對(duì)于這些小行星等天體，大行星除了把它們完全吸收以外，還可以把它們變成自己的衛(wèi)星，或者是讓它們圍繞拉格朗日點(diǎn)公轉(zhuǎn)即可。對(duì)于最后這種圍繞拉格朗日點(diǎn)公轉(zhuǎn)且長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行的小行星，人們稱其為特洛伊小行星。
如果木星這類大行星是太陽(yáng)形成時(shí)留下來(lái)的邊角料，那么特洛伊小行星很可能就是這些邊角料的邊角料。不過(guò)它們究竟是木星形成時(shí)留下的，還是被木星引力所捕獲的，目前還不好說(shuō)。如果能對(duì)這些小行星進(jìn)行研究，或許將幫助我們更加了解太陽(yáng)系的形成和演化。
2021年10月16日，NASA的“露西號(hào)”探測(cè)器成功發(fā)射。露西號(hào)任務(wù)是人類首個(gè)特洛伊小行星探測(cè)任務(wù)。在接下來(lái)的12年里，露西號(hào)將先后造訪八個(gè)不同的小行星，其中還有一個(gè)是小行星的衛(wèi)星。
沒(méi)錯(cuò)，小行星也可以擁有自己的衛(wèi)星。由于露西號(hào)任務(wù)屬于NASA發(fā)現(xiàn)系列的小任務(wù)，預(yù)算非常有限，所以沒(méi)法像旅行者和那些深空探測(cè)器一樣采用核能供電。但是它的目的地又是木星軌道，距離太陽(yáng)非常遙遠(yuǎn)，所以NASA只能想辦法給它加裝巨大的太陽(yáng)能板。
除了能源上的考慮外，科學(xué)家對(duì)它的飛行軌道也要進(jìn)行精心設(shè)計(jì)。要想達(dá)到木星軌道，中間必然需要穿過(guò)小行星帶。既然來(lái)都來(lái)了，所以露西號(hào)造訪的第一個(gè)目標(biāo)其實(shí)是小行星帶中的一顆小行星。此后它將離開(kāi)小行星帶，繼續(xù)向外太陽(yáng)系飛去。
預(yù)計(jì)2027年到達(dá)木星軌道。最后它會(huì)花一年左右的時(shí)間先后造訪L4這里的四顆特洛伊小行星以及一顆衛(wèi)星。但接下來(lái)的目標(biāo)位于L5位置，那要怎么過(guò)去最方便呢？沒(méi)錯(cuò)，從“操場(chǎng)”中間穿過(guò)去，所以露西號(hào)會(huì)先離開(kāi)木星軌道，飛回內(nèi)太陽(yáng)系。
然后路過(guò)地球的時(shí)候，順帶再借個(gè)引力彈弓加速，等再次到達(dá)木星軌道時(shí)，剛好進(jìn)入L5范圍。露西號(hào)任務(wù)預(yù)計(jì)需要花費(fèi)12年的時(shí)間，但由于是太陽(yáng)能供電，所以只要它的健康狀況夠好，未來(lái)它將會(huì)長(zhǎng)年在太陽(yáng)系內(nèi)這么穿梭。
除了木星有自己的特洛伊小行星外，海王星、火星、包括地球都有自己的特洛伊小行星，但是數(shù)量上有差異。像是最外面的海王星。雖然目前我們能觀測(cè)到的數(shù)量的有限，但是據(jù)估算，它軌道上的特洛伊小行星的數(shù)量要比木星多得多，甚至要高一個(gè)數(shù)量級(jí)。
而在內(nèi)太陽(yáng)系的火星和地球軌道上的特洛伊小行星相對(duì)就少得多。比如說(shuō)地球，一直到2010年，天文學(xué)家才發(fā)現(xiàn)第一顆地球特洛伊小行星－2010TK7。這顆小行星直徑大約只有300米，目前位于拉格朗日L4點(diǎn)附近，距離地球至少有地月距離的50倍。
雖然特洛伊小行星相對(duì)來(lái)說(shuō)運(yùn)行穩(wěn)定，長(zhǎng)期和大行星共軌運(yùn)行。但實(shí)際上，它們并不是和大行星相對(duì)靜止，而是一直在大的軌道上沿著自己的暈軌道震蕩，而且這個(gè)暈軌道也一直在變化。
有時(shí)候會(huì)變得非常大，以至于它會(huì)運(yùn)動(dòng)到太陽(yáng)的背面，接近L3點(diǎn)的位置。甚至有研究認(rèn)為，在很久以前，它可能還位于位于L5的位置，后來(lái)通過(guò)L3點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到了現(xiàn)在的L4點(diǎn)位置�？傊倪\(yùn)動(dòng)仍然具有混沌特征。它將來(lái)會(huì)跑到哪，誰(shuí)也說(shuō)不準(zhǔn)。
不過(guò)現(xiàn)階段，它一直在L4和L3這兩個(gè)拉格朗日點(diǎn)之間來(lái)回移動(dòng)，一個(gè)周期大概是400年。除了2010TK7，2020年12月，天文學(xué)家發(fā)現(xiàn)了第二顆地球特洛伊小行星。最近發(fā)表于《自然通訊》的一篇文章，證實(shí)了這一發(fā)現(xiàn)。
這顆小星星位于日地拉格朗日L4點(diǎn)。不過(guò)數(shù)據(jù)顯示，它是一個(gè)臨時(shí)特洛伊小行星，它先前應(yīng)該是被地球引力捕獲來(lái)的，將來(lái)還會(huì)離開(kāi)地球軌道，不過(guò)也沒(méi)有那么快。至少在接下來(lái)的4000年里，它應(yīng)該一直都和地球公軌。
地球的特洛伊小行星目前只發(fā)現(xiàn)了這兩個(gè)。為什么地球軌道上的這么少呢？拋開(kāi)地球本身質(zhì)量遠(yuǎn)小于木星這種巨行星的原因外，觀察角度也是其中的一個(gè)原因。從地球的視角來(lái)看，因?yàn)樘?yáng)這個(gè)遠(yuǎn)光燈的存在，L4和L5方向的小行星很難被發(fā)現(xiàn)。
那這次是怎么發(fā)現(xiàn)的呢？主要是時(shí)機(jī)的把握，也就是利用日出前和日落后那一小段時(shí)間。那還有其他辦法嗎？除了地面觀測(cè)外，天文學(xué)家還可以通過(guò)位于太空的探測(cè)器來(lái)尋找。之前有些探測(cè)器已經(jīng)到訪過(guò)L4和L5區(qū)域，不過(guò)它們并沒(méi)有發(fā)現(xiàn)新的特洛伊球小行星。
雖然沒(méi)有發(fā)現(xiàn)，但是先前的探測(cè)對(duì)于今后的搜尋工作來(lái)說(shuō)也是有幫助，至少縮小了一定的搜尋范圍。
科學(xué)探索2024-06-24
科學(xué)探索2024-06-20
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