Совсем недавно астрономы подтвердили, что обнаружен еще один астероид, находящийся на устойчивой земной подковообразной орбите - 2023 TG14. Помните, я рассказывал про околоземный астероид 2022 YG? Он тоже входил на подобную орбиту, но "всего лишь" на 220 лет. В случае с 2023 TG14 все намного интереснее.
Что вообще такое подковообразные орбиты? Это либрационное движение (туда-сюда) одного объекта в ограниченной задаче трех тел - в нашем случае Солнца, Земли и самого астероида. Почему это интересно? Потому что подобные коорбитальные движений - движения пары тел на одной орбите - дастаточно широко распространены в Солнечной системы, более того - даже в системе спутников планет гигантов. Например, в этом устойчивом танце находятся два спутника Сатурна - Янус и Эпиметий.
Этой классической задачей небесной механики, аналитически (по формулам) и численно (интегрированием законов движения) начали заниматься еще с начала XX века, и если не приводить длинный список формул, то подобное движение между треугольными точками либрации L4 и L5 происходит, когда оба объекта движутся в резонансе 1:1 - то есть их периоды обращения вокруг общего центра масс равны. Для астероидов и Земли этот период равен одному земному году, а разница в периодах может составлять всего несколько часов. Главным отличием движения подобных объектов от троянцев, которые также находятся в резонанс 1:1, заключается в том, что объекты на подковообразной орбите не находятся в "потенциальной яме" треугольных точек Лагранжа, как троянцы, которые не могут из нее выбраться. Ниже приведен пример численного моделирования движения классических околоземных астероидов трех семейств и 2023 TG14 находящегося на подковообразной орбите. Как и раньше, здесь применен расчет с двумя зафиксированными центрами, который ученые используют для анализа либрационного движения.
"Покачивания" от двух краев "подковы" занимают у астероида более сотни лет. Это хорошо видно на графике ниже - небольшие пики в изменении аргумента перигелия - одного из параметров кеплеровой орбиты. Большую часть времени такие объекты стабильны и могут оставаться на подобной орбите тысячи и даже сотни тысяч лет, к примеру астероид 2010 SO16. Я провел численное интегрирование движения астероида 2023 TG14 "вспять" на 2 тысячи лет и его результаты показали, что тот все это время оставался на подковообразной орбите. Здесь стоит сделать ремарку. Этот расчет интересен скорее в познавательных целях - показать как это работает на примере одного астреоида. Нужно понимать, что точность определения его орбиты имеет свои погрешности, тем более что его наблюдают все в течении пары лет, так что при "отматывали" времени назад, на каждом шаге интегрирования движения мы получаем ошибку, и она накапливается. В подобных случаях используется статистический подход, когда мы работаем не с одним телом на номинальной (расчетной) орбите, а целым роем виртуальных частиц, разброс орбит которых характеризует оценку точности определения орбиты этого тела. В данном случае мы можем говорить, что "хотя бы часть этих орбит близка к реальной" и делать определенные статистические выкладки и выводы. Но это тема научной статьи, а я просто хочу вам немного приоткрыть закулисье работы ученых.
Итак, как вы видите на графике вверху, астероид большую часть времени движется спокойно, описывая почти полный круг, разворачиваясь в обратную сторону вблизи Земли. Я думаю, вы уже заметили что-то странное в его движении, некий сбой в 700-1000 гг. Что это такое? Для объяснения этого посмотрим на верхний график расстояния между астероидом и Землей. В момент "сбоя" он очень близко подошел к нашей планете и та резко изменила его орбиту - ее наклонение и эксцентриситет (не стал этого показывать, чтобы не перегружать научпоп статью). А вот что происходило в это время с самим астероидом - он несколько раз менял направление своего "дрейфа" по орбите, но в итоге "успокоился" и вновь продолжил свое монотонное раскачивание из стороны в сторону.
Я не знаю, как долго он будет удерживаться Землей в резонансе 1:1. Скорее всего, в него он попал как минимум несколько тысяч лет тому назад. Кстати, сам процесс такого захвата тоже пока является загадкой для ученых. Все же Земля не настолько массивна, чтобы "ловить" пролетающие астероиды. Как вариант - это могло быть действительно сверхнизкоэнергетическое сближение с Землей, как недавно это было на примере "второй Луны" - астероида 2024 PT5, или такой объект (осколок) мог быть выброшен из "потенциальной" ловушки треугольных точек Лагранжа, но с точки зрения Земли, а не Юпитера, это опять же очень маловероятно из-за единичного числа побочных объектов. В общем - небесная механика - это интересно, красиво, и тут хватит загадок на всех!
