共轨配置
在天文学中,共轨配置是指两个或多个天体(如小行星、月球或行星)对母天体处于相同距离非常相似距离的轨道上,即它们处于1:1平均运动共振中(或1:−1,如果以相反方向绕轨道运行。)[1]。
共轨天体有好几类,取决于它们的天平动点。最常见和最知名的一类是特洛伊天体,它围绕分别在大天体前方和后方60°的两个稳定的拉格朗日点(特洛伊点),L4和L5之一进行天平动。另一类是马蹄形轨道,其天体在与大天体相距180°左右进行天平动。在0°周围进行天平动的对象被称为准卫星[2]。
当两个同轨天体的质量相似,从而对彼此产生不可忽略的影响时,就会发生交换轨道。当它们相互靠近时,它们可以交换半长轴或偏心率
参数
用于描述共轨天体关系的轨道参数是近心点经度差和平黄经差。近心点的经度是平均经度和平近点角的总和,和平均经度是升交点黄经和近心点幅角的总和。
特洛伊
![](http://images.weserv.nl/?url=//upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/b/b8/Lagrange_very_massive.svg/250px-Lagrange_very_massive.svg.png)
特洛伊天体是在质量更大的次要天体轨道前面(L4)或后面(L5)60°,都在围绕质量最大的中心天体的轨道上。最著名的例子是围绕太阳在木星之前或之后运行的小行星。特洛伊天体的轨道并不完全位于拉格朗日点中的一个,但确实与它保持相对较近,且似乎绕着它缓慢运行 = (±60°, ±60°)。无论它们的质量或轨道离心率如何,它们的天平动的点都是相同的[2]。
特洛伊小行星
已知有几千颗特洛伊小行星围绕太阳运行。这些轨道大多靠近木星的拉格朗日点,即传统的木星特洛伊。截至2015年[update],已知还存在13颗个天王星特洛伊、7颗火星特洛伊和2颗天王星特洛伊(2011 QF99和2014 YX49)以及2颗地球特洛伊(2010 TK7和(614689) 2020 XL5)。到目前为止,还没有观测到土星特洛伊。
特洛伊卫星
土星系统包含两组特洛伊卫星。特提斯 (Tethys)和狄俄涅 (Dione),各有两颗特洛伊卫星,分别是特提斯的忒勒斯托(Telesto,位于L4)和卡吕普索(Calypso,位于L5);以及狄俄涅的海伦(Helene,位于L4[锚点失效])和波路克斯(Polydeuces,位于L5[锚点失效])。
波路克斯因其宽广的天平动而引人注目:它在790天内(是其绕土星轨道周期2.743天的288倍)沿着蝌蚪形轨道从拉格朗日点漂移±30°,从平均轨道半径漂移±2%。
特洛伊行星
一对共轨系外行星曾被提议围绕恒星开普勒223运行,但后来被撤回[3]。
研究了开普勒91b存在特洛伊行星的可能性,但得出的结论是凌日讯号是假阳性[4]。
没有发现特洛伊行星的原因可能是潮汐破坏了它们的轨道[6]。
地月系统的形成
根据大碰撞说,月球是在两个共轨天体碰撞后形成的:质量约为地球的10% 忒伊亚(Theia,被认为约与火星一样大),以及原始地球。它们的轨道受到其它行星的干扰,使忒伊亚脱离了行星特洛伊的位置,并引发了碰撞。
马蹄形轨道
![](http://images.weserv.nl/?url=//upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/f/ff/Epimetheus-Janus_Orbit.png/300px-Epimetheus-Janus_Orbit.png)
![](http://images.weserv.nl/?url=//upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/1/1c/Animation_of_Epimetheus_orbit_-_Rotating_reference_frame.gif/300px-Animation_of_Epimetheus_orbit_-_Rotating_reference_frame.gif)
土星 · 杰努斯 · 艾比米修斯
马蹄形轨道上的物体与主轨道成180°左右的天平动。它们的轨道包含两个等边拉格朗日点,即L4和L5[2]。
共轨卫星
土星的卫星杰努斯和艾比米修斯共享它们的轨道,半长轴的差异小于两者的平均直径。这意味着半长轴较小的卫星将慢慢赶上另一个。在这样的过程中,卫星在引力作用下相互拉扯,增加了赶上卫星的半长轴,减少了另一颗的半长轴。这使它们的相对位置与质量互换,并导致这一过程重新开始,卫星的角色也交换了。换言之,它们有效地交换了轨道,最终围绕着相对两者质量加权的平均轨道振荡。
地球的共轨小行星
已经发现了少许曾与地球共轨的小行星。第一颗被发现的小行星是克鲁特尼(Cruithne),它围绕太阳运行的周期略小于一个地球年,导致从地球的角度来看它的轨道,是以地球位置前方的位置为中心的豆状轨道。这条轨道缓慢地向前移动到地球的轨道位置。当克鲁特尼的轨道移动到落后于地球的位置,而不是领先于地球位置时,地球的引力效应会增加它的轨道周期,因此轨道开始滞后,返回到原始位置。从前导到尾随地球的整个周期需要770年,导致相对于地球的马蹄形[7]。
此后,人们发现了更多共振的近地天体(NEOs)。其中包括(54509) YORP、(85770) 1998 UP1、2002 AA29、2010 SO16、2009 BD、和2015 SO2,它们都存在于类似克鲁特尼的共振轨道中。2010 TK7 and 小行星614689是仅有的两颗已知的地球特洛伊。
匈牙利族小行星被发现是与地球共轨天体的可能来源之一,其寿命高达〜58,000年[8]。
准卫星
准卫星是与主天体在约0°天平动的共轨天体。低偏心率准卫星的轨道非常不稳定,但对于中到高偏心率,这种轨道可以是稳定的[2]。从同转的角度来看,这颗准卫星似乎像一颗逆行卫星一样绕着主天体运行,然而距离如此之大,以至于它不受引力的束缚[2]。两个地球准卫星的例子是2014 OL339[9]和小行星469219 Kamoʻoalewa[10][11]。
交换轨道
除了土星的卫星杰努斯和艾比米修斯的等半长轴交换轨道,另一种可能性是共用相同的轴,但交换偏心率[12]。
相关条目
参考资料
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外部链接
- QuickTime animation of co-orbital motion from Murray and Dermott
- Cassini Observes the Orbital Dance of Epimetheus and Janus The Planetary Society
- A Search for Trojan Planets (页面存档备份,存于互联网档案馆) Web page of group of astronomers searching for extrasolar trojan planets at Appalachian State University