Odkryto asteroidę współdzielącą ziemską orbitę – czy może to pomóc w przyszłych misjach kosmicznych?

Badania wykazały, że Ziemia podąża za asteroidą o średnicy zaledwie kilometra na swojej orbicie wokół Słońca – jest to dopiero drugie takie ciało, jakie kiedykolwiek zauważono. Okrąża Słońce średnio dwa miesiące przed Ziemią, tańcząc z przodu jak podekscytowany zwiastun naszego przyjścia.

Obiekt ten, znany jako 2020 XL₅, został po raz pierwszy zauważony w grudniu 2020 roku przy użyciu Teleskopy Pan-STARRS na szczycie Haleakala na hawajskiej wyspie Maui. Jednak wyznaczenie jego orbity wymagało dalszych obserwacji za pomocą 4,1-metrowego Teleskop SOAR (Southern Astrophysical Research) w Chile.

Na podstawie tych danych zespół kierowany przez planetologa Toni Santana-Ros Uniwersytetu w Alicante w Hiszpanii ma teraz ogłoszone że 2020 XL₅ jest uwięziony przez co najmniej kilka następnych tysięcy lat na orbicie wokół jednego z „punktów Lagrange’a” Słońce-Ziemia. To tam siły grawitacyjne Ziemi i Słońca równoważą się, tworząc stabilne lokalizacje. Oznacza to, że obiekt dotrzymuje kroku Ziemi, gdy okrąża Słońce.

Punkty Lagrange’a istnieją również wokół innych planet, są to punkty równowagi dla dowolnych obiektów o małej masie pod wpływem dowolnych dwóch znacznie masywniejszych ciał. Istnieją trzy takie punkty na linii Słońce-Ziemia (L1, L2 i L3, patrz ilustracja poniżej), po raz pierwszy odkryte matematycznie przez szwajcarskiego matematyka Leonharda Eulera. Statki kosmiczne, takie jak Kosmiczny Telekop Jamesa Webba (w L2) i DSCOVR (przy L1) można tam utrzymać przy niewielkim wydatku paliwa.

Dwa inne punkty, L4 i L5, zostały odkryte w 1772 roku przez ucznia Eulera Joseph-Louis Lagrange. Tutaj obiekt o małej masie tworzący trójkąt równoboczny ze Słońcem i Ziemią jest w stabilnej równowadze. Punkty te znajdują się 60 stopni przed i 60 stopni za Ziemią, a ponieważ 60 stopni (patrz zdjęcie powyżej) to jedna szósta orbity Ziemi, oznacza to odległość dwóch miesięcy.

Jeśli obiekt o małej masie jest zaburzony, aby oddalić się od L4 lub L5, połączona grawitacja Słońca i Ziemi cofa go – wyginając jego ścieżkę na stabilną orbitę wokół punktu Lagrange’a, który wygląda jak fasola w stosunku do Ziemi.

XL5, ale bez kuli ognia

2020 XL₅ jest nazywany trojańskim towarzyszem Ziemi przez analogię do asteroid trojańskich Jowisza. Jowisz dzieli swoją orbitę z prawie dziesięcioma tysiącami znanych asteroid, z których połowa znajduje się przed Jowiszem, a połowa za nim. Pierwsza z nich, odkryta w 1906 roku, została nazwana Achilles na cześć centralnej postaci w oblężenie Troi w Iliadzie Homera.

Konwencja opracowana, aby nazwać każdego po bohaterze z tej samej historii. Tylko te, które są za Jowiszem (zgromadzone w pozycji Słońce-Jowisz L5) otrzymują trojańskie nazwy, takie jak Hektor, podczas gdy te przed Jowiszem (na L4) otrzymują greckie imiona, takie jak Achilles. Łącznie, niezależnie od tego, czy na poziomie L4, czy L5, wszystkie one są określane jako trojany.

Odkryto niewielką liczbę asteroid trojańskich powiązanych z Neptunem (23), Uranem (1) i Marsem (9). Ale 2020 XL₅ jest dopiero drugim znalezionym trojańskim towarzyszem Ziemi. Pierwszy, 2010 TK₇, był odkryty w 2010 r.. Ma tylko około 300 metrów średnicy, więc 2020 XL₅ znacznie go przewyższa przy około 1,2 km średnicy.

Prawdopodobnie istnieje znacznie więcej trojanów ziemskich, ale trudno je wykryć z Ziemi, ponieważ można je zobaczyć dość nisko na niebie przed świtem, jeśli na L4 tak jak 2010 TK₇ i 2020 XL₅, lub tuż po zachodzie słońca, jeśli na L5 ( gdzie jeszcze nie znaleziono). Ich orbity nie są stabilne przez miliony lat, więc nie mogą być pozostałościami, które były tam od czasu powstania Ziemi, ale musiały dryfować na miejsce później.

Jednak obserwacje SOAR były w stanie wykazać, że 2020 XL₅ wydaje się być asteroidą bogatą w węgiel (zwaną asteroidą typu C). Jest to więc próbka tego, z czego zbudowany został Układ Słoneczny, i pouczające byłoby bardziej szczegółowe zbadanie ziemskich towarzyszy trojańskich jako przykładów niezmienionego materiału.

Ale czy moglibyśmy je wydobywać lub wykorzystywać w inny sposób? Santana-Ros zauważa, że ​​2020 XL₅ ma orbitę, która kołysze się nad i pod płaszczyzną orbity Ziemi. Oznacza to, że manewrowanie statkiem kosmicznym na miejsce spotkania (w celu orbitowania lub lądowania na nim) wymagałoby znacznej zmiany prędkości. To prawdopodobnie wymagałoby zbyt dużo paliwa, aby było to praktyczne. To samo dotyczy 2010 TK₇.

Jednak badanie wskazuje, że jeśli inne ziemskie trojany zostaną znalezione na mniej nachylonych orbitach, mogą one stanowić przydatne bazy jako stanowiska postojowe do eksploracji Układu Słonecznego. O wiele łatwiej byłoby je wystartować niż z Ziemi czy Księżyca, ponieważ ich grawitacja jest tak niewielka. Mogą być nawet źródłem zasobów, które moglibyśmy wydobywać.