共轨配置
在天文学中，共轨配置是指两个或多个天体（如小行星、月球或行星）对母天体处于相同距离非常相似距离的轨道上，即它们处于1:1平均运动共振中（或1:−1，如果以相反方向绕轨道运行。）[1]。
共轨天体有好几类，取决于它们的天平动点。最常见和最知名的一类是特洛伊天体，它围绕分别在大天体前方和后方60°的两个稳定的拉格朗日点（特洛伊点），L4和L5之一进行天平动。另一类是马蹄形轨道，其天体在与大天体相距180°左右进行天平动。在0°周围进行天平动的对象被称为准卫星[2]。
当两个同轨天体的质量相似，从而对彼此产生不可忽略的影响时，就会发生交换轨道。当它们相互靠近时，它们可以交换半长轴或偏心率
参数
[编辑]用于描述共轨天体关系的轨道参数是近心点经度差和平黄经差。近心点的经度是平均经度和平近点角的总和，和平均经度是升交点黄经和近心点幅角的总和。
特洛伊
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特洛伊天体是在质量更大的次要天体轨道前面（L4）或后面（L5）60°，都在围绕质量最大的中心天体的轨道上。最著名的例子是围绕太阳在木星之前或之后运行的小行星。特洛伊天体的轨道并不完全位于拉格朗日点中的一个，但确实与它保持相对较近，且似乎绕着它缓慢运行 = (±60°, ±60°)。无论它们的质量或轨道离心率如何，它们的天平动的点都是相同的[2]。
特洛伊小行星
[编辑]已知有几千颗特洛伊小行星围绕太阳运行。这些轨道大多靠近木星的拉格朗日点，即传统的木星特洛伊。截至2015年[update]，已知还存在13颗个天王星特洛伊、7颗火星特洛伊和2颗天王星特洛伊（2011 QF99和2014 YX49）以及2颗地球特洛伊（2010 TK7和(614689) 2020 XL5）。到目前为止，还没有观测到土星特洛伊。
特洛伊卫星
[编辑]土星系统包含两组特洛伊卫星。特提斯 (Tethys)和狄俄涅 (Dione)，各有两颗特洛伊卫星，分别是特提斯的忒勒斯托（Telesto，位于L4）和卡吕普索（Calypso，位于L5）；以及狄俄涅的海伦（Helene，位于L4）和波路克斯（Polydeuces，位于L5）。
波路克斯因其宽广的天平动而引人注目：它在790天内（是其绕土星轨道周期2.743天的288倍）沿着蝌蚪形轨道从拉格朗日点漂移±30°，从平均轨道半径漂移±2%。
特洛伊行星
[编辑]一对共轨系外行星曾被提议围绕恒星开普勒223运行，但后来被撤回[3]。
研究了开普勒91b存在特洛伊行星的可能性，但得出的结论是凌日讯号是假阳性[4]。
没有发现特洛伊行星的原因可能是潮汐破坏了它们的轨道[6]。
地月系统的形成
[编辑]根据大碰撞说，月球是在两个共轨天体碰撞后形成的：质量约为地球的10% 忒伊亚（Theia，被认为约与火星一样大），以及原始地球。它们的轨道受到其它行星的干扰，使忒伊亚脱离了行星特洛伊的位置，并引发了碰撞。
马蹄形轨道
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土星 · 杰努斯 · 艾比米修斯
马蹄形轨道上的物体与主轨道成180°左右的天平动。它们的轨道包含两个等边拉格朗日点，即L4和L5[2]。
共轨卫星
[编辑]土星的卫星杰努斯和艾比米修斯共享它们的轨道，半长轴的差异小于两者的平均直径。这意味着半长轴较小的卫星将慢慢赶上另一个。在这样的过程中，卫星在引力作用下相互拉扯，增加了赶上卫星的半长轴，减少了另一颗的半长轴。这使它们的相对位置与质量互换，并导致这一过程重新开始，卫星的角色也交换了。换言之，它们有效地交换了轨道，最终围绕着相对两者质量加权的平均轨道振荡。
地球的共轨小行星
[编辑]已经发现了少许曾与地球共轨的小行星。第一颗被发现的小行星是克鲁特尼（Cruithne），它围绕太阳运行的周期略小于一个地球年，导致从地球的角度来看它的轨道，是以地球位置前方的位置为中心的豆状轨道。这条轨道缓慢地向前移动到地球的轨道位置。当克鲁特尼的轨道移动到落后于地球的位置，而不是领先于地球位置时，地球的引力效应会增加它的轨道周期，因此轨道开始滞后，返回到原始位置。从前导到尾随地球的整个周期需要770年，导致相对于地球的马蹄形[7]。
此后，人们发现了更多共振的近地天体（NEOs）。其中包括(54509) YORP、(85770) 1998 UP1、2002 AA29、2010 SO16、2009 BD、和2015 SO2，它们都存在于类似克鲁特尼的共振轨道中。2010 TK7 and 小行星614689是仅有的两颗已知的地球特洛伊。
匈牙利族小行星被发现是与地球共轨天体的可能来源之一，其寿命高达〜58,000年[8]。
准卫星
[编辑]准卫星是与主天体在约0°天平动的共轨天体。低偏心率准卫星的轨道非常不稳定，但对于中到高偏心率，这种轨道可以是稳定的[2]。从同转的角度来看，这颗准卫星似乎像一颗逆行卫星一样绕着主天体运行，然而距离如此之大，以至于它不受引力的束缚[2]。两个地球准卫星的例子是2014 OL339[9]和小行星469219 Kamoʻoalewa[10][11]。
交换轨道
[编辑]除了土星的卫星杰努斯和艾比米修斯的等半长轴交换轨道，另一种可能性是共用相同的轴，但交换偏心率[12]。
相关条目
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参考资料
[编辑]- ^ 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
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外部链接
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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 （页面存档备份，存于互联网档案馆） Web page of group of astronomers searching for extrasolar trojan planets at Appalachian State University