التكوين المداري المشترك

في علم الفلك ، يُعرف التكوين المداري المشترك بأنه تكوين لجسمين فلكيين أو أكثر (مثل الكويكبات أو الأقمار أو الكواكب ) تدور على نفس المسافة، أو مسافة متقاربة جدًا، من جسمها الأساسي؛ أي أنها في حالة رنين متوسط ​​الحركة بنسبة 1:1 . (أو 1:−1 إذا كانت تدور في اتجاهين متعاكسين .) [ 1 ]

توجد عدة فئات من الأجسام التي تدور في مدارات مشتركة، وذلك بحسب نقطة تذبذبها . الفئة الأكثر شيوعًا وشهرةً هي المدار الطروادي ، الذي يتذبذب حول إحدى نقطتي لاغرانج المستقرتين (نقطتي طروادة)، L4 و L5 ، واللتان تقعان على بُعد 60 درجة أمام الجسم الأكبر وخلفه على التوالي. فئة أخرى هي المدار الحذوي ، حيث تتذبذب الأجسام حول 180 درجة من الجسم الأكبر. أما الأجسام التي تتذبذب حول 0 درجة فتُسمى شبه الأقمار الصناعية . [ 2 ]

يحدث تبادل المدارات عندما يكون لجسمين يدوران في نفس المدار كتلتان متقاربتان، وبالتالي يؤثر كل منهما على الآخر بشكل ملحوظ. ويمكن للجسمين أن يتبادلا نصف المحور الرئيسي أو الانحراف المداري عند اقترابهما من بعضهما.

حدود

تُستخدم معلمات مدارية لوصف العلاقة بين الأجسام المتواجدة في نفس المدار، وهي: فرق خط طول نقطة الحضيض وفرق خط الطول المتوسط . ويُحسب خط طول نقطة الحضيض بجمع فرق خط الطول المتوسط ​​مع فرق الشذوذ المتوسط.(λ=ϖ+م){\displaystyle ({\lambda }=\varpi +M)}ومتوسط ​​خط الطول هو مجموع خط طول العقدة الصاعدة وحجة الحضيض(ϖ=Ω+ω){\displaystyle (\varpi =\Omega +\omega )}.

طروادة

نقاط طروادة هي النقاط التي تحمل العلامات L 4 و L 5 ، والمميزة باللون الأحمر، على المسار المداري للجسم الثانوي (الأزرق)، حول الجسم الأساسي (الأصفر).

تدور الأجسام الطروادية بزاوية 60 درجة أمام ( L4 ) أو خلف ( L5 ) جسمٍ أكثر كتلة، وكلاهما يدور حول جسم مركزي أكبر كتلة. من أشهر الأمثلة على ذلك العدد الكبير من الكويكبات التي تدور أمام أو خلف كوكب المشتري حول الشمس . لا تدور الأجسام الطروادية بالضبط عند إحدى نقطتي لاغرانج ، ولكنها تبقى قريبة نسبيًا منها، فتبدو وكأنها تدور حولها ببطء. بعبارة أخرى، تتذبذب حول(Δλ،Δϖ){\displaystyle ({\Delta }{\lambda },{\Delta }\varpi )}= (±60°, ±60°). النقطة التي تدور حولها الأجرام هي نفسها، بغض النظر عن كتلتها أو انحراف مدارها. [ 2 ]

الكواكب الصغيرة الطروادية

يوجد آلافٌ من الكويكبات الطروادية المعروفة التي تدور حول الشمس. كل كوكب في المجموعة الشمسية ، باستثناء عطارد ، له كويكب طروادي واحد على الأقل. تدور معظم هذه الكويكبات بالقرب من نقاط لاغرانج لكوكب المشتري، وهي الكويكبات الطروادية التقليدية للمشتري . اعتبارًا من عام 2025وهناك أيضًا 31 طروادة نبتون ، و17 طروادة المريخ ، و2 طروادة أورانوس ( 687170) 2011 QF 99 و 636872) 2014 YX 49 )، و2 طروادة الأرض ( 706765) 2010 TK 7 و 614689) 2020 XL 5وطروادة الزهرة ( 2013 ND 15 )، وطروادة زحل ( 2019 UO 14 ) المعروفة بوجودها.

أقمار طروادة

يحتوي نظام زحل على مجموعتين من أقمار طروادة. لكل من تيثيس وديون قمران طرواديان، هما تيليستو وكاليبسو في L 4 و L 5 لتيثيس على التوالي، وهيلين وبوليدوكس في L 4 و L 5 لديون على التوالي.

يتميز كوكب بوليدوسيس بتذبذبه الواسع : فهو يتجول حتى ±30 درجة من نقطة لاغرانج الخاصة به و ±2٪ من متوسط ​​نصف قطر مداره، على طول مدار يشبه الشرغوف في 790 يومًا (288 ضعف فترة دورانه حول زحل، وهي نفس فترة دوران ديون).

الكواكب الطروادية

تم اقتراح وجود زوج من الكواكب الخارجية تدور في نفس المدار حول النجم كيبلر-223 ، ولكن تم التراجع عن هذا الاقتراح لاحقاً. [ 3 ]

تمت دراسة إمكانية وجود كوكب طروادي حول كوكب كيبلر-91ب، ولكن تم التوصل إلى أن إشارة العبور كانت إيجابية خاطئة. [ 4 ]

في أبريل 2023، أبلغت مجموعة من علماء الفلك الهواة عن كوكبين مرشحين جديدين خارج المجموعة الشمسية يدوران في مدار تبادلي على شكل حدوة حصان بالقرب من النجم GJ 3470 (يوجد لهذا النجم كوكب مؤكد يُدعى GJ 3470 b ). مع ذلك، فإن الدراسة المذكورة لا تزال في شكل نسخة أولية منشورة على موقع arXiv، ولم تخضع بعد لمراجعة الأقران ولم تُنشر في مجلة علمية مرموقة. [ 5 ] [ 6 ] وبشكل منفصل عن الادعاء المذكور، اكتشف مشروع TROY كوكبًا مرشحًا بقوة ليكون كوكبًا طرواديًا في نظام GJ 3470، ونُشرت النتائج في مجلة Astronomy & Astrophysics ، استنادًا إلى بيانات السرعة الشعاعية. [ 7 ]

في يوليو 2023، أُعلن عن احتمال رصد سحابة من الحطام تدور في مدار مشترك مع الكوكب الأولي PDS 70 b . قد تكون هذه السحابة دليلاً على وجود جرم سماوي ضخم ذي كتلة كوكبية، أو جرم في طور التكوين. [ 8 ] [ 9 ]

أحد الاحتمالات للمنطقة الصالحة للسكن هو كوكب طروادة لكوكب عملاق قريب من نجمه . [ 10 ]

قد يكون السبب وراء عدم اكتشاف أي كواكب طروادة بشكل قاطع هو أن المد والجزر يزعزع استقرار مداراتها. [ 11 ]

ثيا: تكوين نظام الأرض والقمر

وفقًا لفرضية الاصطدام العملاق ، تشكل القمر بعد اصطدام بين جسمين يدوران في نفس المدار: ثيا ، التي يُعتقد أن كتلتها كانت حوالي 10% من كتلة الأرض (أي ما يعادل كتلة المريخ تقريبًا)، والأرض البدائية. وقد تأثرت مداراتهما بكواكب أخرى، مما أدى إلى خروج ثيا من موقعها الأصلي وتسبب في الاصطدام.

مدارات حدوة الحصان

مدار حدوة الحصان للنجم (419624) 2010 SO 16 حول نظام الأرض والشمس على مدى 900 عام
مدار حدوة الحصان كما يُرى من إطار مرجعي شمسي مركزي يدور بالتزامن مع دوران الأرض. ويعود الانحناء الرأسي إلى ميل مدار الجسم الأصغر بالنسبة لمدار الأرض، وهو ما كان سيختفي لو دار كلاهما في نفس المستوى.
مدار حدوة الحصان من إطار مرجعي غير دوار مركزي الشمس.
  الشمس · الأرض · 2010 SO 16      

تتذبذب الأجسام في مدار حدوة الحصان بزاوية 180 درجة تقريبًا من النجم الأساسي. وتشمل مداراتها نقطتي لاغرانج متساويتي الأضلاع ، أي L4 و L5 . [ 2 ]

الأقمار التي تدور في مدار واحد

تصوير إطار دوار لمدارات التبادل على شكل حدوة حصان بين يانوس وإبيميثيوس
رسم متحرك لمدار إبيميثيوس إطار مرجعي دوار زحل · جانوس · إبيميثيوس        

يتشارك قمرا زحل ، يانوس وإبيميثيوس ، مداريهما، حيث يقل الفرق بين نصفي المحورين الرئيسيين عن متوسط ​​قطر كل منهما. هذا يعني أن القمر ذو نصف المحور الرئيسي الأصغر يلحق ببطء بالآخر. وخلال هذه العملية، يجذب كل قمر الآخر بفعل جاذبيته، مما يزيد من نصف المحور الرئيسي للقمر الذي لحق به ويقلل من نصف المحور الرئيسي للقمر الآخر. يؤدي هذا إلى عكس مواقعهما النسبية بما يتناسب مع كتلتيهما، مما يجعل هذه العملية تبدأ من جديد مع انعكاس أدوار القمرين. بعبارة أخرى، يتبادلان مداريهما فعليًا، ليتأرجحا في النهاية حول مدارهما المتوسط ​​المرجح بكتلتيهما.

الكويكبات التي تدور في مدار الأرض

يبدو أن 3753 كرويثني والأرض يتبعان بعضهما البعض بسبب رنين مداري بنسبة 1:1 .
يبدو أن كرويثني يرسم مداراً على شكل حبة فاصوليا من منظور الأرض.

تم اكتشاف عدد قليل من الكويكبات التي تدور في مدار مشترك مع الأرض. أول هذه الكويكبات المكتشفة، الكويكب 3753 كرويثني ، يدور حول الشمس بفترة تقل قليلاً عن سنة أرضية واحدة، مما ينتج عنه مدار يبدو (من وجهة نظر الأرض) على شكل حبة فاصولياء متمركزًا في موقع متقدم عن موقع الأرض. يتحرك هذا المدار ببطء متقدمًا عن موقع الأرض المداري. عندما ينتقل مدار كرويثني إلى موقع يتخلف فيه عن موقع الأرض بدلاً من أن يتقدم عليها، يزيد تأثير جاذبية الأرض من الفترة المدارية، وبالتالي يبدأ المدار بالتأخر، عائدًا إلى موقعه الأصلي. تستغرق الدورة الكاملة من التقدم على الأرض إلى التخلف عنها 770 عامًا، مما يؤدي إلى حركة على شكل حدوة حصان بالنسبة للأرض. [ 12 ]

تم اكتشاف المزيد من الأجسام القريبة من الأرض ذات المدارات الرنانة (NEOs) منذ ذلك الحين. تشمل هذه الأجسام 54509 YORP و (85770) 1998 UP 1 و 2002 AA 29 و (419624) 2010 SO 16 و 2009 BD و 2015 SO والتي تدور في مدارات رنانة مشابهة لمدار كرويثن. يُعدّ كل من (706765) 2010 TK 7 و (614689) 2020 XL 5 هما الطرواديان الأرضيان الوحيدان اللذان تم تحديدهما .

وُجد أن كويكبات المجرية هي أحد المصادر المحتملة للأجسام التي تدور في نفس مدار الأرض والتي يصل عمرها إلى حوالي 58 ألف سنة . [ 13 ]

شبه قمر صناعي

الأقمار شبه المدارية هي أجسام تدور حول النجم الرئيسي بزاوية 0° تقريبًا. وتكون مدارات الأقمار شبه المدارية ذات الانحراف المداري المنخفض غير مستقرة للغاية، بينما تكون مستقرة عند الانحراف المداري المتوسط ​​إلى العالي. [ 2 ] من منظور الدوران المشترك، يبدو القمر شبه المداري وكأنه يدور حول النجم الرئيسي كقمر صناعي رجعي ، على الرغم من أنه على مسافات كبيرة جدًا تجعله غير مرتبط به جاذبيًا. [ 2 ] ومن الأمثلة على الأقمار شبه المدارية للأرض : 2014 OL 339 [ 14 ] و 469219 Kamoʻoalewa . [ 15 ] [ 16 ]

تبادل المدارات

إضافة إلى تبديل المحاور شبه الرئيسية مثل قمري زحل إبيميثيوس وجانوس، هناك احتمال آخر وهو مشاركة المحور نفسه، ولكن تبديل الانحرافات المدارية بدلاً من ذلك. [ 17 ]

انظر أيضاً

مراجع

  1. مورايس، إم إتش إم؛ إف. ناموني (2013). "الكويكبات في رنين تراجعي مع كوكبَي المشتري وزحل" . رسائل الإشعارات الشهرية للجمعية الفلكية الملكية . 436 : L30– L34. arXiv : 1308.0216 . Bibcode : 2013MNRAS.436L..30M . doi : 10.1093/mnrasl/slt106 .
  2. 1 2 3 4 5 ديناميكيات كوكبين في حركة مدارية مشتركة
  3. "اكتشاف كوكبين يشتركان في مدار واحد" . مجلة نيو ساينتست . 24 فبراير 2011.
  4. بلاسيك، بن؛ كنوت، كيفن هـ.؛ أنغرهاوزن، دانيال؛ جينكينز، جون م. (2015). "توصيف كبلر-91ب ودراسة رفيق طروادي محتمل باستخدام إكسونست". المجلة الفيزيائية الفلكية . 814 (2): 147. arXiv : 1511.01068 . Bibcode : 2015ApJ...814..147P . doi : 10.1088/0004-637X/814/2/147 . S2CID 118366565 . 
  5. "موسوعة الكواكب الخارجية - GJ 3470 d" . موسوعة الكواكب الخارجية . تم الاطلاع بتاريخ 28 أبريل 2023 .
  6. "موسوعة الكواكب الخارجية - GJ 3470 e" . موسوعة الكواكب الخارجية . تم الاطلاع بتاريخ 28 أبريل 2023 .
  7. بالسالوبر-روزا، أ.؛ ليلو-بوكس، ج.؛ وآخرون . (سبتمبر 2024). "مشروع تروي الثالث: استكشاف المدارات المشتركة حول النجوم منخفضة الكتلة". علم الفلك والفيزياء الفلكية . 689 : A53. arXiv : 2407.04677 . Bibcode : 2024A & A...689A..53B . doi : 10.1051/0004-6361/202450717 . 
  8. Balsalobre-Ruza, O.; de Gregorio-Monsalvo, I.; et al. (يوليو 2023). "انبعاثٌ مُحتملٌ في نطاق الموجات دون المليمترية ضمن المنطقة اللاغرانجية L5 للكوكب الأولي PDS 70 b". علم الفلك والفيزياء الفلكية . 675 : A172. arXiv : 2307.12811 . Bibcode : 2023A & A...675A.172B . doi : 10.1051/0004-6361/202346493 . S2CID 259684169 .  
  9. "هل لهذا الكوكب الخارجي كوكب شقيق يشاركه نفس المدار؟" . المرصد الأوروبي الجنوبي . ١٩ يوليو ٢٠٢٣. تم الاطلاع عليه بتاريخ ١٩ يوليو ٢٠٢٣ .
  10. دفوراك، ر.؛ بيلات-لوهينجر، إ.؛ شوارتز، ر.؛ فريستيتر، ف. (2004). "كواكب طروادة خارج المجموعة الشمسية قريبة من المناطق الصالحة للسكن". علم الفلك والفيزياء الفلكية . 426 (2): L37– L40. arXiv : astro-ph/0408079 . Bibcode : 2004A & A...426L..37D . doi : 10.1051/0004-6361:200400075 . S2CID 15637771 . 
  11. دوبروفولسكيس، أنتوني ر.؛ ليسور، جاك ج. (2022). "هل تُزعزع المد والجزر استقرار الكواكب الخارجية الطروادية؟" . إيكاروس . 385 115087. arXiv : 2206.07097 . Bibcode : 2022Icar..38515087D . doi : 10.1016/j.icarus.2022.115087 . S2CID 248979920 . 
  12. كريستو، أ.أ.؛ آشر، د.ج. (2011). "كوكب حدوة حصان طويل الأمد يُرافق الأرض" . الإشعارات الشهرية للجمعية الفلكية الملكية . 414 (4): 2965. arXiv : 1104.0036 . Bibcode : 2011MNRAS.414.2965C . doi : 10.1111/j.1365-2966.2011.18595.x . S2CID 13832179 . 
  13. غاليازو، م.أ.؛ شوارتز، ر. (2014). "منطقة المجر كمصدر محتمل للزواحف الطروادية والأقمار الصناعية في النظام الشمسي الداخلي" . الإشعارات الشهرية للجمعية الفلكية الملكية . 445 (4): 3999. arXiv : 1612.00275 . Bibcode : 2014MNRAS.445.3999G . doi : 10.1093/mnras/stu2016 .
  14. ^ دي لا فوينتي ماركوس، كارلوس. دي لا فوينتي ماركوس، راؤول (2014). "الكويكب 2014 OL339: شبه قمر صناعي آخر للأرض" . الإشعارات الشهرية للجمعية الفلكية الملكية . 445 (3): 2985– 2994. أرخايف : 1409.5588 . بيب كود : 2014MNRAS.445.2961D . دوى : 10.1093/mnras/stu1978 .
  15. أغلي، دي سي؛ براون، دواين؛ كانتيلو، لوري (15 يونيو 2016). "كويكب صغير هو الرفيق الدائم للأرض" . ناسا . تم الاطلاع عليه بتاريخ 15 يونيو 2016 .
  16. دي لا فوينتي ماركوس، كارلوس؛ دي لا فوينتي ماركوس، راؤول (2016). "الكويكب (469219) 2016 HO3، أصغر وأقرب قمر شبهي للأرض" . الإشعارات الشهرية للجمعية الفلكية الملكية . 462 (4): 3441-3456 . arXiv : 1608.01518 . Bibcode : 2016MNRAS.462.3441D . doi : 10.1093/mnras / stw1972 .
  17. فونك، ب. (2010). "تبادل المدارات: تطبيق محتمل على الأنظمة الكوكبية خارج المجموعة الشمسية؟" . الإشعارات الشهرية للجمعية الفلكية الملكية . 410 (1): 455-460 . Bibcode : 2011MNRAS.410..455F . doi : 10.1111/j.1365-2966.2010.17453.x .
  • رسوم متحركة بتقنية QuickTime لحركة مدارية مشتركة من موراي وديرموت
  • رصدت مركبة كاسيني رقصة مدارية بين إبيميثيوس وجانوس، الجمعية الكوكبية.
  • صفحة ويب بعنوان "البحث عن كواكب طروادة" لمجموعة من علماء الفلك الذين يبحثون عن كواكب طروادة خارج المجموعة الشمسية في جامعة ولاية أبالاتشيان.