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一項旨在尋找海王星外天體的望遠鏡巡天偶然發現了一塊37英里寬的岩石和冰塊,它並沒有像其他天體一樣圍繞太陽執行,而是與天王星在同一軌道上執行,只是稍微領先於這顆行星。這一發現引人注目,因為這類天體無法長時間保持在原位——與木星或海王星等行星不同,它們的同軌道碎片可以停留數十億年,而土星和天王星的同軌道碎片必然是臨時的“家園”。
穩定的同軌道非常有趣,這種特殊的型別之所以存在,是由於太陽和行星(只要行星的質量小於太陽質量的1/25)的引力以及天體的運動共同作用的結果。
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雖然人們經常說它們是“引力平衡”(這是事實)的結果,但這些特殊軌道位置的特性並非如此簡單。偉大的數學家約瑟夫-路易斯·拉格朗日在1772年弄清了這一點(尤拉也稍早解決了一些問題)。你可以將其理解為兩個較大天體的引力和作用於第三個較小軌道質量的向心力的結合。
我們可以以“有效勢”圖的形式繪製出這些力,等高線代表作用在物體上的固定大小的力。等高線越密集,力的梯度越大,如果您闖入這些區域,拉力就越大。
拉格朗日發現,在這張地圖上有 5 個平衡點,我們現在毫不奇怪地稱之為拉格朗日點。將第三個小物體放置在這些位置,它將與行星同步執行。只是點 L1、L2 和 L3 不穩定——稍微偏離最佳位置,您很快就會被拉走。
L4 和 L5 點則不同,它們位於有效勢中巨大平緩土堆的中心——那些腎形的區域。因此,L4 或 L5 點的物體往往會在這些點周圍徘徊,即使它們稍微偏離,通常也會返回。
正是由於這個原因,木星、海王星的 L4 和 L5 拉格朗日點周圍有大量的小行星型物質。歷史上,與木星前方(L4)和後方(L5)同軌道執行的物質群分別被稱為“希臘人”和“特洛伊人”。
隨著時間的推移,我們變得草率,傾向於將任何情況下所有 L4 和 L5 的物質都稱為“特洛伊人”,並將軌道中的點簡稱為“特洛伊點”。
對我們太陽系中特洛伊人長期穩定性的研究表明,微妙但持續存在的力的混合作用導致與土星或天王星同軌執行的天體壽命相對較短——換句話說,L4 和 L5 點在數百萬年的時間裡並非完全穩定。
那麼天王星的新伴侶 2011 QF99 呢?它在 L4 點附近的位置幾乎肯定是暫時的。模擬表明,它可能在那裡停留的時間不超過約 1000 萬年,並且很可能是一個被捕獲的半人馬小行星——一類在巨行星領域中遵循略微危險軌道的的小行星或彗星。
它也不太可能在這個相對安全的避風港中停留超過一百萬年的時間,之後會再次漂走。但是,透過發現它,天文學家現在擁有了一個額外的統計槓桿,可以評估有多少像這樣的天體被外行星之間的特洛伊點捕獲。而且沒有什麼令人驚訝的,這與先前存在的估計相符,即大約 2-3% 的半人馬小行星在任何時候都與一顆巨行星同軌道執行。


