Tavaly decemberben megtalálták a Föld második trójai kisbolygóját, amely bolygónk pályája közelében, a Földet mindig megelőzve kering a Nap körül.

Joseph Louis Lagrange (1736-1813) olasz születésű francia matematikus az égi mechanikai háromtest-problémát, vagyis három égitest mozgását és azok egymáshoz képest elfoglalt kölcsönös helyzetét tanulmányozta, különösen azt, hogy ezek a térben hol lehetnek viszonylagos egyensúlyi helyzetben.

A háromtest-problémának egy nevezetes speciális esete a korlátozott háromtest-probléma, azon belül is a kör-korlátozott háromtest-probléma. Ebben két nagy tömegű égitest körpályán mozog a tömegközéppont körül (például jó közelítéssel a Nap és egy nagybolygó), egy harmadik, kis tömegű égitest (például egy kisbolygó) pedig a két nagy keringésének pályasíkjában mozog.

Lagrange több megoldást is talált a kis égitest viszonylagos egyensúlyi helyzeteire, ezeket a helyeket Lagrange-pontoknak hívjuk. Az égi mechanikai háromtest-problémában a Lagrange-pontok azok, amelyek közelében egy kis test a hozzá képest sokkal nagyobb tömegű másik két égitest együttes tömegvonzásának hatására azokhoz képest közelítőleg nyugalomban maradhat. A Lagrange-pontok közül az L1, L2 és L3 a két nagyobb testet összekötő egyenes mentén helyezkedik el. Például a Nap és a Föld között helyezkedik el az L1 pont, az L2 a Nap‒Föld-félegyenesen a Nappal ellentétes oldalon (a Földtől mintegy 1,5 millió km-re), míg az L3 a Föld‒Nap-félegyenesen, a Nap túlsó oldalán van mindig. A Föld pályáján 60 fokkal lemaradva az L5, a pályán 60 fokkal előzve pedig az L4 trianguláris Lagrange-pontok vannak, amelyek a Nap‒Föld‒L{4,5} egyenlő oldalú háromszögeket alkotják.

A két nagy égitesttel együtt forgó koordináta-rendszerben a harmadik is stacionárius pályán mozog a Lagrange-pontok közelében, például “lópatkó”, vagy “ebihal” alakú pályán (például az L4 és L5 pontok körül).

Egy bolygó L4 és L5 pontjai környezetében elhelyezkedő kisbolygók az adott bolygóhoz tartozó trójai kisbolygók, amelyek közül a Jupiter trójai kisbolygói a legismertebb és legnépesebb ilyen családot alkotják bolygórendszerünkben, és e sorok írásakor a Jupiternek már mintegy kilencezer trójai aszteroidája ismert.

Kérdés, hogy vannak-e trójai pályán mozgó kisbolygók a Nap‒Föld‒kis égitest égi mechanikai korlátozott háromtest-problémában, vagyis az L5 vagy az L4 pont körül ide-oda mozgó, oszcilláló vagy librációs mozgást végző aszteroidák. Nem könnyű az ilyen kis égitesteket felfedezni, mert kis méretűek és halványak, valamint az L5 és L4 pontok környezete vagy napnyugta után az esti szürkületben, vagy pirkadat előtt figyelhető meg. Szerencsére a trójaiak az L5 és L4 körül nagy kitéréssel mozognak (oszcillálnak, librálnak), és időnként kedvező alkalom adódik a megfigyelésükre. A Föld első trójai kisbolygóját, a 2010 TK7 jelűt 2010. október 1-jén találták a NASA WISE (Wide-field Infrared Survey Explorer) infravörös űrtávcsövével. A 2010 TK7 mintegy 300 méter átmérőjű. Nap körüli pályája alapján Apollo-típusú földközeli aszteroida, de a Nap‒Föld‒kisbolygó rendszer L4 pontja körüli mozgást végző trójai kisbolygó is egyben. A 2010 TK7 pályáját hosszú időtartamra visszamenőleg, illetve előre is vizsgálták, és kimutatták, hogy mintegy 1800 évvel ezelőtt kerülhetett trójai pályára, és még mintegy 15 000 évig stabilan ott is maradhat.

Tavaly december 12-én fedezték fel a Föld második trójai kisbolygóját a Hawaii-szigetek Maui szigetén lévő Haleakala Obszervatóriumban a Pan-STARRS (Panoramic Survey Telescope and Rapid Response System) égboltfelmérő program 1,8 méteres Pan-STARRS 1 távcsövével. Felfedezésekor látszó fényessége 21,4 magnitúdó volt, és a Crater (Serleg) csillagképben mozgott. A kis égitest a 2020 XL5 elnevezést kapta. (Puszta véletlen, hogy a jelölésében szerepel az L5! Az XL5 karaktersorozatnak egyben van jelentése.) A felfedezését követő napokban több obszervatóriumban is követték, sőt a Mount Lemmon Survey égboltfelmérő program keretében 2020. november 26-án készült felvételeken is megtalálták, így elegendő pozíciómérés állt rendelkezésre az új kisbolygó pályájának meghatározásához.

Kiderült, hogy ez a kisbolygó is a Nap‒Föld‒aszteroida rendszer L4 Lagrange-pontja körül végzi trójai kisbolygókra jellemző mozgását, miközben a Nap körül Apollo-típusú pályán kering. A NASA JPL pályaadatai alapján a 2020 XL5 Nap körüli, ellipszissel közelíthető pályájának fél nagytengelye 1,001 CSE, napközelben 0,61 CSE-re, naptávolban közel 1,39 CSE-re van központi csillagunktól. A pálya excentricitása 0,387, a pályája síkja 13,8 fokos szöget zár be a Föld pályasíkjával (ekliptika). Nap körüli keringési ideje nagyon közel van a földi évhez: 1,0015 év (365,798 nap).

A 2020 XL5 a Nap‒Föld‒kisbolygó hármas L4 pontja körül nagyon nagy kiterjedésű tartományban végzi oszcillációs, librációs mozgását, miközben a Nap körül kering. Ezt a bonyolult mozgást mutatja be az alábbi animáció.

A 2020 XL5 L4 pont körüli mozgása során a Vénusz pályáján is belülre kerülhet, és eközben magát a Vénuszt is megközelítheti időnként, aminek következtében a nagybolygó zavarja (perturbálja) az aszteroida pályáját. Ugyanez a helyzet a Marssal is. Tehát időnként a Vénusz és a Mars zavaró hatásai következtében elhagyhatja jelen pályáját, vagyis a 2020 XL5 trójai pályája hosszú távon nem stabil, de még több ezer évig a Föld trójai kísérője marad. Számítógépes szimulációk szerint az első alkalom, amikor elhagyhatja a trójai konfigurációt, mintegy 4500 év múlva következhet be.

A becslések szerint akár több száz kis aszteroida is lehet az L5 vagy L4 pontok körzetében, eddig azonban a NASA OSIRIS-REx és a japán Hayabusa‒2 kisbolygó-szondák útközben készített felvételein nem találtak ilyen aszteroidákat.

Ma még csak annyit tudunk a 2020 XL5 tulajdonságairól, hogy felszíni fényvisszaverő képessége 0,25 és 0,05 közötti lehet, az előbbihez 250 méter, az utóbbihoz 550 méter átmérő tartozik. Az elsőhöz (2010 TK7) képest tehát nagyobb, így egyelőre ez a Föld ma ismert legnagyobb trójai aszteroidája.

Egyébként viszonylagos közelségük és így elérhetőségük miatt a Föld trójai kisbolygói nem csak a tudományos kutatás szempontjából érdekesek, a jövőben esetleg az űrbányászat szempontjából is fontosak lehetnek, vagy bolygóközi űrállomásnak, űrbázisnak, támaszpontnak is használhatják majd ezeket a kis égitesteket.

Forrás: csillagaszat.hu / skyandtelescope.org