共軌配置
在天文學中，共軌配置是指兩個或多個天體（如小行星、月球或行星）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或偏心率
參數
[編輯]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和近心點幅角的總和。
特洛伊
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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在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
[編輯]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[update]，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 QF99和2014 YX49）以及2顆地球特洛伊（2010 TK7和(614689) 2020 XL5）。到目前為止，還沒有觀測到土星特洛伊。
特洛伊衛星
[編輯]土星系統包含兩組特洛伊衛星。特提斯 (Tethys)和狄俄涅 (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
[編輯]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]。
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
[編輯]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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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
[編輯]土星的衛星傑努斯和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
[編輯]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 UP1、2002 AA29、2010 SO16、2009 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年[8]。
準衛星
[編輯]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]和小行星469219 Kamoʻoalewa[10][11]。
交換軌道
[編輯]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
[編輯]- ^ 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
. doi:10.1093/mnrasl/slt106.
- ^ 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）.
- ^ Two planets found sharing one orbit. New Scientist. 24 February 2011 [2023-11-05]. （原始內容存檔於2015-06-11）.
- ^ 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 . doi:10.1088/0004-637X/814/2/147.
- ^ 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 . doi:10.1051/0004-6361:200400075.
- ^ 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 . doi:10.1016/j.icarus.2022.115087. （原始內容存檔於2023-05-01）.
- ^ 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 . doi:10.1111/j.1365-2966.2011.18595.x.
- ^ 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 . doi:10.1093/mnras/stu2016.
- ^ 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 . doi:10.1093/mnras/stu1978.
- ^ 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）.
- ^ 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 . doi:10.1093/mnras/stw1972.
- ^ 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 .
- Eric B. Ford and Matthew J. Holman. Using Transit Timing Observations to Search for Trojans of Transiting Extrasolar Planets. The Astrophysical Journal Letters. 2007, 664 (1): L51–L54 [2023-11-05]. Bibcode:2007ApJ...664L..51F. S2CID 14285948. arXiv:0705.0356 . doi:10.1086/520579. （原始內容存檔於2015-11-06）.
外部連結
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- 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 （頁面存檔備份，存於互聯網檔案館） Web page of group of astronomers searching for extrasolar trojan planets at Appalachian State University