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共軌配置

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天文學中,共軌配置是指兩個或多個天體(如小行星月球行星)對母天體處於相同距離非常相似距離的軌道上,即它們處於1:1平均運動共振中(或1:−1,如果以相反方向繞軌道運行。)[1]

共軌天體有好幾類,取決於它們的天平動點。最常見和最知名的一類是特洛伊天體,它圍繞分別在大天體前方和後方60°的兩個穩定的拉格朗日點(特洛伊點),L4和L5之一進行天平動。另一類是馬蹄形軌道,其天體在與大天體相距180°左右進行天平動。在0°周圍進行天平動的對象被稱為準衛星[2]

當兩個同軌天體的質量相似,從而對彼此產生不可忽略的影響時,就會發生交換軌道。當它們相互靠近時,它們可以交換半長軸偏心率

參數

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用於描述共軌天體關係的軌道參數是近心點經度差和平黃經差。近心點的經度是平均經度和平近點角的總和,和平均經度是升交點黃經近心點幅角的總和

特洛伊

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特洛伊點是標記為L4[錨點失效]L5[錨點失效]的點,以突出的紅色顯示,位於主要天體(黃色)周圍,位於軌道路徑上的是次要天體(藍色)。

特洛伊天體是在質量更大的次要天體軌道前面(L4)或後面(L5)60°,都在圍繞質量最大的中心天體的軌道上。最著名的例子是圍繞太陽木星之前或之後運行的小行星。特洛伊天體的軌道並不完全位於拉格朗日點中的一個,但確實與它保持相對較近,且似乎繞着它緩慢運行 = (±60°, ±60°)。無論它們的質量或軌道離心率如何,它們的天平動的點都是相同的[2]

特洛伊小行星

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已知有幾千顆特洛伊小行星圍繞太陽運行。這些軌道大多靠近木星的拉格朗日點,即傳統的木星特洛伊。截至2015年 (2015-Missing required parameter 1=month!),已知還存在13顆個天王星特洛伊、7顆火星特洛伊和2顆天王星特洛伊2011 QF992014 YX49)以及2顆地球特洛伊2010 TK7(614689) 2020 XL5)。到目前為止,還沒有觀測到土星特洛伊。

特洛伊衛星

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土星系統包含兩組特洛伊衛星。特提斯 (Tethys)狄俄涅 (Dione),各有兩顆特洛伊衛星,分別是特提斯的忒勒斯托(Telesto,位於L4)和卡呂普索(Calypso,位於L5);以及狄俄涅的海倫(Helene,位於L4[錨點失效])和波路克斯(Polydeuces,位於L5[錨點失效])。

波路克斯因其寬廣的天平動而引人注目:它在790天內(是其繞土星軌道週期2.743天的288倍)沿着蝌蚪形軌道從拉格朗日點漂移±30°,從平均軌道半徑漂移±2%。

特洛伊行星

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一對共軌系外行星曾被提議圍繞恆星開普勒223運行,但後來被撤回[3]

研究了開普勒91b存在特洛伊行星的可能性,但得出的結論是凌日訊號是假陽性[4]

特洛伊行星的一種可能性是靠近其恆星適居帶巨行星[5]

沒有發現特洛伊行星的原因可能是潮汐破壞了它們的軌道[6]

地月系統的形成

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根據大碰撞說月球是在兩個共軌天體碰撞後形成的:質量約為地球的10% 忒伊亞(Theia,被認為約與火星一樣大),以及原始地球。它們的軌道受到其它行星的干擾,使忒伊亞脫離了行星特洛伊的位置,並引發了碰撞。

馬蹄形軌道

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旋轉參照系英語Rotating reference frame描述的傑努斯(Janus)和艾比米修斯(Epimetheus)的馬蹄形交換軌道。
艾比米修斯的旋轉參考系軌道動畫
  土星 ·   傑努斯 ·   艾比米修斯

馬蹄形軌道上的物體與主軌道成180°左右的天平動。它們的軌道包含兩個等邊拉格朗日點,即L4和L5[2]

共軌衛星

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土星的衛星傑努斯艾比米修斯共享它們的軌道,半長軸的差異小於兩者的平均直徑。這意味着半長軸較小的衛星將慢慢趕上另一個。在這樣的過程中,衛星在引力作用下相互拉扯,增加了趕上衛星的半長軸,減少了另一顆的半長軸。這使它們的相對位置與質量互換,並導致這一過程重新開始,衛星的角色也交換了。換言之,它們有效地交換了軌道,最終圍繞着相對兩者質量加權的平均軌道振盪。

地球的共軌小行星

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已經發現了少許曾與地球共軌的小行星。第一顆被發現的小行星是克魯特尼(Cruithne),它圍繞太陽運行的週期略小於一個地球年,導致從地球的角度來看它的軌道,是以地球位置前方的位置為中心的豆狀軌道。這條軌道緩慢地向前移動到地球的軌道位置。當克魯特尼的軌道移動到落後於地球的位置,而不是領先於地球位置時,地球的引力效應會增加它的軌道週期,因此軌道開始滯後,返回到原始位置。從前導到尾隨地球的整個週期需要770年,導致相對於地球的馬蹄形[7]

此後,人們發現了更多共振的近地天體(NEOs)。其中包括(54509) YORP(85770) 1998 UP12002 AA292010 SO162009 BD、和2015 SO2,它們都存在於類似克魯特尼的共振軌道中。2010 TK7 and 小行星614689是僅有的兩顆已知的地球特洛伊

匈牙利族小行星被發現是與地球共軌天體的可能來源之一,其壽命高達〜58,000[8]

準衛星

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準衛星是與主天體在約0°天平動的共軌天體。低偏心率準衛星的軌道非常不穩定,但對於中到高偏心率,這種軌道可以是穩定的[2]。從同轉的角度來看,這顆準衛星似乎像一顆逆行衛星一樣繞着主天體運行,然而距離如此之大,以至於它不受引力的束縛[2]。兩個地球準衛星的例子是2014 OL339[9]小行星469219 Kamoʻoalewa[10][11]

交換軌道

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除了土星的衛星傑努斯和艾比米修斯的等半長軸交換軌道,另一種可能性是共用相同的軸,但交換偏心率[12]

相關條目

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參考資料

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  1. ^ Morais, M.H.M.; F. Namouni. Asteroids in retrograde resonance with Jupiter and Saturn. Monthly Notices of the Royal Astronomical Society Letters. 2013, 436: L30–L34. Bibcode:2013MNRAS.436L..30M. arXiv:1308.0216可免費查閱. doi:10.1093/mnrasl/slt106. 
  2. ^ 2.0 2.1 2.2 2.3 2.4 Dynamics of two planets in co-orbital motion (PDF). [2023-11-05]. (原始內容存檔 (PDF)於2019-08-10). 
  3. ^ Two planets found sharing one orbit. New Scientist. 24 February 2011 [2023-11-05]. (原始內容存檔於2015-06-11). 
  4. ^ Placek, Ben; Knuth, Kevin H.; Angerhausen, Daniel; Jenkins, Jon M. Characterization of Kepler-91B and the Investigation of a Potential Trojan Companion Using Exonest. The Astrophysical Journal. 2015, 814 (2): 147. Bibcode:2015ApJ...814..147P. S2CID 118366565. arXiv:1511.01068可免費查閱. doi:10.1088/0004-637X/814/2/147. 
  5. ^ Dvorak, R.; Pilat-Lohinger, E.; Schwarz, R.; Freistetter, F. Extrasolar Trojan planets close to habitable zones. Astronomy & Astrophysics. 2004, 426 (2): L37–L40. Bibcode:2004A&A...426L..37D. S2CID 15637771. arXiv:astro-ph/0408079可免費查閱. doi:10.1051/0004-6361:200400075. 
  6. ^ Dobrovolskis, Anthony R.; Lissauer, Jack J. Do tides destabilize Trojan exoplanets?. Icarus. 2022, 385: 115087 [2023-11-05]. Bibcode:2022Icar..38515087D. S2CID 248979920. arXiv:2206.07097可免費查閱. doi:10.1016/j.icarus.2022.115087. (原始內容存檔於2023-05-01). 
  7. ^ Christou, A. A.; Asher, D. J. A long-lived horseshoe companion to the Earth. Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. 2011, 414 (4): 2965. Bibcode:2011MNRAS.414.2965C. S2CID 13832179. arXiv:1104.0036可免費查閱. doi:10.1111/j.1365-2966.2011.18595.x. 
  8. ^ Galiazzo, M. A.; Schwarz, R. The Hungaria region as a possible source of Trojans and satellites in the inner Solar system. Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. 2014, 445 (4): 3999. Bibcode:2014MNRAS.445.3999G. arXiv:1612.00275可免費查閱. doi:10.1093/mnras/stu2016. 
  9. ^ de la Fuente Marcos, Carlos; de la Fuente Marcos, Raúl. Asteroid 2014 OL339: yet another Earth quasi-satellite. Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. 2014, 445 (3): 2985–2994. Bibcode:2014MNRAS.445.2961D. arXiv:1409.5588可免費查閱. doi:10.1093/mnras/stu1978. 
  10. ^ Agle, DC; Brown, Dwayne; Cantillo, Laurie. Small Asteroid Is Earth's Constant Companion. NASA. 15 June 2016 [15 June 2016]. (原始內容存檔於2020-04-27). 
  11. ^ de la Fuente Marcos, Carlos; de la Fuente Marcos, Raúl. Asteroid (469219) 2016 HO3, the smallest and closest Earth quasi-satellite. Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. 2016, 462 (4): 3441–3456. Bibcode:2016MNRAS.462.3441D. arXiv:1608.01518可免費查閱. doi:10.1093/mnras/stw1972. 
  12. ^ Funk, B. Exchange orbits: a possible application to extrasolar planetary systems?. Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. 2010, 410 (1): 455–460. Bibcode:2011MNRAS.410..455F. doi:10.1111/j.1365-2966.2010.17453.x可免費查閱. 

外部連結

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