什么是“特洛伊小行星”?露西号探测器将揭开它们的神秘面纱!

发布者:知足者常乐 2023-7-8 09:04

行星的轨道上一定就没有其他天体了吗?之前我们说过,冥王星被踢出太阳系大行星的队伍,主要就是因为行星定义中有这么一条:已清空其轨道附近区域。而冥王星位于柯伊伯带,那里除了有大量的小行星,彗星外,还有不少个头与之相当的其他矮行星。

冥王星正是因为这一条被除了名。按照我们通常的理解,太阳系这些大行星轨道上,肯定是干干净净的了。但其实不然,就拿最具代表性的木星来说,它的轨道上其实就一直有大量的小行星存在。目前观测到的,就有上千颗。

据推测,它的总数甚至可能和整个小行星带在内的小行星数量不相上下。按理说,像木星这么大的质量,引力是非常强的,它就像一块大磁铁,所到之处的小铁屑,应该都会被吸走才对。

就算不能成为木星的一部分,至少也应该变成它的卫星,怎么会有这么多的漏网之鱼呢。既然这些小行星能够长期稳定的和木星共轨,只有一个可能,就是它们和木星的公转周期一致,这需要它们处于非常特殊的位置上。

没错,就是拉格朗日点。我们知道,三体问题是个无法精确求解的问题。除了一些极为特殊的情况,比如说拉格朗日这五个点,假如已经有两个天体在稳定绕行,就像木星围绕太阳转着。

这时候如果有第三个小质量天体加入进来,它只要位于这几个拉格朗日点上,那么它所受到的引力和力的方向会指向系统的共同质心。如果此时它在以特定的速度运动,也就是保持公转周期和木星相当,那么它所受到的引力合力就正好会充当向心力。

于是,这三个天体基本上就可以保持相对静止的稳定状态。目前,韦伯望远镜所在的就是这样一个位置。不过和韦伯望远镜所在位置不同的是,韦伯位于的是日地拉格朗日点,而这些小行星位于的是日木的拉格朗日点。

其次,韦伯所在的是拉格朗日L2点,在地球轨道外侧。而这些小行星位于L4和L五点附近,它们就在木星的轨道上,所以行星定义中“已清空其轨道附近区域”这条,天文学家对其中清除给了更详细的定义。

对于这些小行星等天体,大行星除了把它们完全吸收以外,还可以把它们变成自己的卫星,或者是让它们围绕拉格朗日点公转即可。对于最后这种围绕拉格朗日点公转且长期稳定运行的小行星,人们称其为特洛伊小行星。

如果木星这类大行星是太阳形成时留下来的边角料,那么特洛伊小行星很可能就是这些边角料的边角料。不过它们究竟是木星形成时留下的,还是被木星引力所捕获的,目前还不好说。如果能对这些小行星进行研究,或许将帮助我们更加了解太阳系的形成和演化。

2021年10月16日,NASA的“露西号”探测器成功发射。露西号任务是人类首个特洛伊小行星探测任务。在接下来的12年里,露西号将先后造访八个不同的小行星,其中还有一个是小行星的卫星。

没错,小行星也可以拥有自己的卫星。由于露西号任务属于NASA发现系列的小任务,预算非常有限,所以没法像旅行者和那些深空探测器一样采用核能供电。但是它的目的地又是木星轨道,距离太阳非常遥远,所以NASA只能想办法给它加装巨大的太阳能板。

除了能源上的考虑外,科学家对它的飞行轨道也要进行精心设计。要想达到木星轨道,中间必然需要穿过小行星带。既然来都来了,所以露西号造访的第一个目标其实是小行星带中的一颗小行星。此后它将离开小行星带,继续向外太阳系飞去。

预计2027年到达木星轨道。最后它会花一年左右的时间先后造访L4这里的四颗特洛伊小行星以及一颗卫星。但接下来的目标位于L5位置,那要怎么过去最方便呢?没错,从“操场”中间穿过去,所以露西号会先离开木星轨道,飞回内太阳系。

然后路过地球的时候,顺带再借个引力弹弓加速,等再次到达木星轨道时,刚好进入L5范围。露西号任务预计需要花费12年的时间,但由于是太阳能供电,所以只要它的健康状况够好,未来它将会长年在太阳系内这么穿梭。

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,但是数量上有差异。像是最外面的海王星。虽然目前我们能观测到的数量的有限,但是据估算,它轨道上的特洛伊小行星的数量要比木星多得多,甚至要高一个数量级。

而在内太阳系的火星和地球轨道上的特洛伊小行星相对就少得多。比如说地球,一直到2010年,天文学家才发现第一颗地球特洛伊小行星-2010TK7。这颗小行星直径大约只有300米,目前位于拉格朗日L4点附近,距离地球至少有地月距离的50倍。

虽然特洛伊小行星相对来说运行稳定,长期和大行星共轨运行。但实际上,它们并不是和大行星相对静止,而是一直在大的轨道上沿着自己的晕轨道震荡,而且这个晕轨道也一直在变化。

有时候会变得非常大,以至于它会运动到太阳的背面,接近L3点的位置。甚至有研究认为,在很久以前,它可能还位于位于L5的位置,后来通过L3点运动到了现在的L4点位置。总之,它的运动仍然具有混沌特征。它将来会跑到哪,谁也说不准。

不过现阶段,它一直在L4和L3这两个拉格朗日点之间来回移动,一个周期大概是400年。除了2010TK7,2020年12月,天文学家发现了第二颗地球特洛伊小行星。最近发表于《自然通讯》的一篇文章,证实了这一发现。

这颗小星星位于日地拉格朗日L4点。不过数据显示,它是一个临时特洛伊小行星,它先前应该是被地球引力捕获来的,将来还会离开地球轨道,不过也没有那么快。至少在接下来的4000年里,它应该一直都和地球公轨。

地球的特洛伊小行星目前只发现了这两个。为什么地球轨道上的这么少呢?抛开地球本身质量远小于木星这种巨行星的原因外,观察角度也是其中的一个原因。从地球的视角来看,因为太阳这个远光灯的存在,L4和L5方向的小行星很难被发现。

那这次是怎么发现的呢?主要是时机的把握,也就是利用日出前和日落后那一小段时间。那还有其他办法吗?除了地面观测外,天文学家还可以通过位于太空的探测器来寻找。之前有些探测器已经到访过L4和L5区域,不过它们并没有发现新的特洛伊球小行星。

虽然没有发现,但是先前的探测对于今后的搜寻工作来说也是有帮助,至少缩小了一定的搜寻范围。

大家都在看

  • 不要眨眼,这就是虫洞了!!

    不要眨眼,这就是虫洞了!! 不要眨眼,这就是虫洞了!!经过他,我们可以去到宇宙的任何一个角落,但你要先经受10万伏的电压才行。当然这只是一个思想实验,但你有没有想过,宇宙中可能存在着一种神秘的通道,能让我们瞬间穿越遥远的星际?这就 ... 宇宙探索11-08

  • 诺贝尔物理学奖得主基普·索恩:未来几十年是宇宙探索的转折点

    诺贝尔物理学奖得主基普·索恩:未来几十年是宇宙探索的转折点 每经记者:唐俊 每经编辑:杨欢基普·索恩(左二) 图片来源:每经记者 唐俊 摄2014年,诺兰导演的科幻电影《星际穿越》上映。伴随着荧幕上的时空穿梭,黑洞、虫洞、引力波、奇点、相对论等高深的物理学词汇,成为大 ... 宇宙探索11-08

  • 宇宙物理规律的探索之旅

    宇宙物理规律的探索之旅 在浩瀚无垠的宇宙中,隐藏着无数令人着迷的物理规律,就像一本神秘而宏大的天书等待着我们去解读。宇宙间存在多种物理规律,它们共同描述了宇宙的基本结构和运动规律。以下是一些主要的物理规律及其基本含义:‌万有 ... 宇宙探索11-08

  • 借助元宇宙,探索星辰大海的奥秘

    借助元宇宙,探索星辰大海的奥秘 借助元宇宙探索星辰大海的奥秘。仰望星空,每一颗星都是一个独特世界吗?它们如何诞生和演化?又将走向何方?宇宙中的暗物质和暗能量是什么?又如何影响宇宙的结构和演化?太空时间和地球时间是同一个概念吗?太空存 ... 宇宙探索11-07

  • “航空”助力“航天”,携手共进探索无尽宇宙

    “航空”助力“航天”,携手共进探索无尽宇宙 10月30日,神舟十九号载人飞船成功发射。此前的29日,据神舟十九号任务发布会介绍,由中国航空工业集团成都所自主研制的昊龙货运航天飞机“昊龙一号”入围空间站低成本货物运输系统总体方案,获得工程飞行验证阶段合 ... 宇宙探索11-06

  • 太空探索的风险:宇宙辐射、极端温度、真空环境的威胁

    太空探索的风险:宇宙辐射、极端温度、真空环境的威胁 我刚下班回到家,就迫不及待地坐到书房的电脑前,想要好好聊聊关于神舟十八号的那些事儿。咱国家的航天事业发展速度那简直像火箭一样快!这神舟十八号都成功返航了,厉害啦!可看到航天员被抬出返回舱,心里又揪了一 ... 宇宙探索11-06

  • 神舟18号返回全程解析:从太空返地的每个关键步骤

    神舟18号返回全程解析:从太空返地的每个关键步骤 2024年11月4日凌晨,神舟18号载人飞船成功返回了地球,三名航天员叶光富、李聪、李广苏安全着陆在东风着陆场。这一壮丽的航天壮举,不仅代表着中国航天技术的又一次飞跃,更是一次充满挑战与惊险的太空之旅。整个返 ... 宇宙探索11-05

  • 宇宙探索与生命奥秘:从银河中心到茶杯

    宇宙探索与生命奥秘:从银河中心到茶杯 银河系中心是最混乱的区域。詹姆斯·韦伯太空望远镜以其前所未有的红外视角,在这一拥挤动荡的区域中发现了新的特征。这张图像展示的恒星形成区域被称为人马座C,距离银河系中心超大质量黑洞人马座A仅三百光年。照片 ... 宇宙探索11-05

  • 揭秘太空里发现五具浮尸是谁?

    揭秘太空里发现五具浮尸是谁? 在浩瀚的太空当中曾经发现过五具浮尸他们分别是苏联的三名宇航员格奥尔基多博罗奥夫斯基、帕克拖帕托查耶夫和弗拉季斯拉夫沃尔科夫,美国的科学家尤金舒梅克和冥王星之父克莱德威廉汤博。 苏联的联盟11号飞船在1971 ... 宇宙探索11-04

  • PandaX暗物质实验首席科学家刘江来:我们对宇宙知之甚少,探索永无止境

    PandaX暗物质实验首席科学家刘江来:我们对宇宙知之甚少,探索永无止境 【环球网科技综合报道】11月4日上午,第十二届腾讯科学WE大会在成都科幻馆成功举办。本次大会汇聚了五位世界顶级科学家,他们分别是国家最高科学技术奖获得者、中国科学院院士、南方科技大学校长、清华大学教授薛其 ... 宇宙探索11-04