Gromada stosunkowo małych ciał niebieskich, których orbity znajdują się pomiędzy Marsem a Jowiszem, jest od dawna dobrze znana. Jest to tak zwany pas asteroid. To prawda, że ​​​​po odkryciu pasa Kuipera i chmury Oorta zaczęto go nazywać głównym pasem asteroid.

Asteroidy, takie jak duże, takie jak Eros czy Pallas, oraz kawałki skał o średnicy kilku metrów, krążą wokół Słońca po orbitach o promieniach od około 2,1 do prawie 4 jednostek astronomicznych (AU). Pamiętajmy, że jeden równa się odległości Ziemi od Słońca – 150 milionów kilometrów.

Jednak już na początku XX wieku odkryto asteroidę, która nie mieściła się w przepisach. Poruszał się po tej samej orbicie co Jowisz, 60° przed nim w stosunku do Słońca. W ten sposób potwierdzono, że wśród małych ciał niebieskich naszego układu gwiezdnego znajdują się obiekty poruszające się jak na smyczy za planetami, czyli „asteroidy trojańskie”.

W ciągu ostatnich dziesięcioleci astronomia poczyniła znaczne postępy. Ich miejsce w szeregach zajęły teleskopy i potężne superkomputery wystrzelone poza atmosferę na orbitę okołoziemską. Wciąż jednak nierozwiązany pozostaje jeden problem fizyczny i matematyczny – obliczenie ruchu trzech ciał oddziałujących na siebie grawitacyjnie. Żaden naukowiec nie zaproponował jeszcze metody obliczania orbit trzech ciał w mniej lub bardziej długim okresie.

Jedynym matematykiem, który odniósł sukces na tym polu, był Francuz Joseph Lagrange. Pod koniec XVIII wieku obliczył prawa rotacji trzech ciał niebieskich z jedynym zastrzeżeniem, że jedno z nich powinno mieć znikomą masę w porównaniu z dwoma pozostałymi. Obliczenia Lagrange'a wykazały, że istnieją obszary, punkty w przestrzeni, w których oddziaływanie grawitacyjne obu masywnych ciał równoważy się. A trzecie (lekkie) ciało, znajdujące się w tych punktach, może pozostać prawie nieruchome w stosunku do dwóch ciężkich.

punkty Lagrange’a

Jak to jest możliwe? Rozważmy na przykład punkt L1 na diagramie. Zgodnie z prawami mechaniki niebieskiej Newtona ciało położone bliżej Słońca niż Ziemia powinno poruszać się po orbicie szybciej i „lecieć” do przodu. Dlaczego tak się nie dzieje, a ciało wiruje wraz z planetą? Tak, ponieważ Ziemia, przyciągając obiekt, wydaje się zmniejszać dla niego siłę przyciągania Słońca (Słońce „wydaje się” obiektowi mniej masywne). A wokół jaśniejszego centrum satelita będzie się obracał wolniej.

Według innych, podobnych schematów, prawa fizyki działają bez zarzutu również w odniesieniu do innych punktów Lagrange'a.

Otwarcie i tytuł

Pierwszą asteroidę trojańską odkryto w 1904 roku w punkcie L4 orbity Jowisza. Jak zwykle jego nazwa została zapożyczona ze starożytnego eposu helleńskiego. Ciało niebieskie otrzymało imię bohatera legendarnej Troi - „Achillesa”. Następnie jedna po drugiej odkryto aż dwadzieścia kolejnych asteroid na orbicie gigantycznej planety.

Odkrycie nie było zaskoczeniem dla badaczy; wielu astronomów próbowało przetestować teorię Lagrange'a; jedyną kwestią były możliwości techniczne, jakie posiadali. Zgodnie z oczekiwaniami wszystkie odkryte ciała znajdowały się w punktach L4 i L5 orbity Jowisza.

I wszystkie imiona, po Achillesie, nadano im na cześć bohaterów wojny trojańskiej: Ajax, Hector, Diomedes, Patroklos itp. Wojownicy atakującej strony greckiej „osiedlili się” w punkcie L4, a Trojanie w punkcie L5. Tym samym nazwą „asteroidy trojańskie” nadano wszystkim później odkrywanym podobnym obiektom, w tym także tym znajdującym się na orbitach innych planet.

Przez długi czas większość naukowców wątpiła w możliwość istnienia trojanów w pobliżu małych planet, takich jak Ziemia czy Mars. Rzeczywiście, oprócz samej planety i gwiazdy, taka asteroida będzie podlegać znacznemu wpływowi grawitacyjnemu innych masywnych ciał Układu Słonecznego, a stabilność obiektu w punktach Lagrange'a małej planety jest wątpliwa. Jednak w 1990 roku w punkcie L5 Marsa odkryto asteroidę, zwaną „Eureka”.

Oczekuje się, że mistrzem liczby asteroid trojańskich będzie największa i najbardziej masywna planeta w Układzie Słonecznym. Do tej pory niezawodnie wiadomo o ponad sześciu tysiącach „trojanów” na swojej orbicie. Na innych dużych planetach: Uran, Neptun i Saturn odkryto o rząd wielkości mniej satelitów trojańskich. A powodem tego jest nie tylko ich masa, która jest mniejsza w porównaniu do Jowisza, ale także bliskość tego gazowego giganta. Jowisz dzięki swojej ogromnej masie z łatwością kradnie asteroidy innym ludziom, lub wytrąca je z punktów Lagrange'a, wysyłając je do obrotu wokół gwiazdy po własnych eliptycznych orbitach, a nawet wyrzuca je z Układu Słonecznego niczym procę.

Asteroidy Ziemi Trojańskiej

Przez bardzo długi czas nie można było wykryć asteroid trojańskich w pobliżu naszej rodzimej planety. Rzecz w tym, że punkty L4 i L5 Ziemi niemal zawsze okazują się być położone, dla obserwatora znajdującego się na powierzchni planety, po stronie dziennej, a obserwacje zakłóca światło słoneczne.

Sprawa wyszła na jaw w 2010 roku dzięki wystrzeleniu w przestrzeń kosmiczną teleskopu orbitalnego Wise. Odkryto pierwszego i jak dotąd jedynego trojana planety Ziemia 2010TK7. Znajduje się w punkcie Lagrange’a L4. 2010TK7 to niczym nie wyróżniający się kawałek skały o nieregularnym kształcie i średnicy około 300 metrów, których ogromna różnorodność obraca się w przestrzeni kosmicznej.

Praktyczne użycie

Naukowcy proponują w przyszłości wykorzystanie właściwości asteroid trojańskich na różne sposoby. Przykładowo punkt L2 w układzie Słońce-Ziemia można wykorzystać do umieszczenia w nim teleskopu orbitalnego. Taka stacja obserwacyjna, będąc stale w cieniu planety, będzie w korzystniejszej pozycji niż stacje orbitalne. Wygodniej będzie prowadzić długoterminowe obserwacje określonego obszaru nieba ze względu na brak rotacji wokół Ziemi.

Punkt L1 może być dobrą lokalizacją dla stacji stałego monitorowania gwiazdy. W porę wykryj wzrost aktywności słonecznej i ostrzec służby naziemne o zbliżającym się wyrzutu plazmy słonecznej. Wszystko to można zrobić w odpowiednim czasie za pomocą aparatury naukowej zlokalizowanej na pierwszej „granicy”.

A przyszła eksploracja Księżyca będzie prawdopodobnie nie do pomyślenia bez dużych pośrednich stacji kosmicznych zawieszonych w przestrzeni pomiędzy naszą planetą a jej naturalnym satelitą. Urządzenia zlokalizowane w punktach Lagrange'a układu Ziemia-Księżyc najlepiej radzą sobie z tym zadaniem.