图解太阳系小天体（5）

文/ 叶楠

特洛伊族小行星

在木星围绕太阳公转轨道的L4和L5拉格朗日点附近分布着大批小行星，被称为木星特洛伊族小行星。这些小行星围绕在L4和L5两个细长弯曲的区域内，轨道平均半长径约为5.2天文单位。据估计直径大于1千米的木星特洛伊族小行星数量可能有100万颗之多，与小行星带类似大小的小行星数量差不多。除了木星拥有自己的特洛伊族小行星之外，天王星、海王星、火星、地球和金星也都拥有自己的特洛伊族小行星。

木星特洛伊族小行星

1772年，数学家拉格朗日在研究限制性三体问题时提出，与行星共享轨道且位于行星前后约60度的小天体将被困在这两片马蹄形的区域内，区域内的两个平衡点被称为拉格朗日点L4和L5，其中L4位于行星公转方向的前方，L5位于后方。1906年2月，德国天文学家沃尔夫在木星L4点附近发现了一颗小行星，以希腊神话特洛伊战争中的人物阿基里斯命名，这也是特洛伊族小行星名称的由来。截至2021年，已经确认发现的木星特洛伊族小行星数量超过1.1万颗。图为木星特洛伊族小行星与主带小行星相对位置分布。

588号阿基里斯

德国海德堡天文台的马克思·沃尔夫是一位拥有诸多发现的天文学家，他将摄影术应用到天文观测之中，一生中共发现了248颗小行星、2颗彗星以及4颗超新星。他和美国天文学家巴纳德是好友兼竞争者的关系。1910年，沃尔夫抢在巴纳德前首先观测到了回归的哈雷彗星。1904年巴纳德发现了一颗特洛伊族小行星，但由于当时并没有计算出这颗天体的轨道，直到1999年才被确认。于是在沃尔夫发现的诸多小行星中，588号阿基里斯幸运地成为了人类历史上第一颗被确认的特洛伊族小行星。这颗小行星直径为130千米，在木星特洛伊族小行星大小排名中位居第4位，轨道周期为11年11个月，和木星公转周期一致。它的发现也验证了拉格朗日的预测。图为发现之初拍摄的“阿基里斯”照片。

两个阵营中的“内奸”

在木星L4和L5点的小行星虽然都被称为特洛伊族小行星，但它们的命名也是颇为有趣的。L4点附近的小行星是以战争中希腊一方的英雄命名，也被称为“希腊阵营”，与之相对L5点附近则是“特洛伊阵营”。不过这其中也有两个例外，分别是“特洛伊阵营”中的“帕特洛克鲁斯”和“希腊阵营”中的“赫克托”，这两颗小行星由于命名时间早于阵营定义的时间，于是不小心深入了“敌营”之中。617号小行星帕特洛克鲁斯实际上是由两颗小行星组成的双星系统，直径分别为122千米和112千米，彼此相距680千米，每4.3天相互绕转一周。624号小行星赫克托是木星特洛伊族小行星中最大的一颗，而且也是太阳系内最狭长的一颗，它的长轴达403千米，但平均直径只有201千米。估计它很可能是由两颗小行星密接而成。图为艺术家笔下描绘的“帕特洛克鲁斯”（上）和“赫克托”（下）。

天王星特洛伊族小行星

木星是太阳系中拥有特洛伊族小行星数量最多的天体，在其他大行星附近是否也有特洛伊族小行星的存在呢？答案是肯定的。天王星虽然距离我们更加遥远，但依靠现代观测技术已经发现了两颗天王星的特洛伊族小行星。小行星2011 QF99围绕天王星L4点运行，但它只是被天王星俘获的一颗小行星，它将在天王星L4点运行大约7万年（图为它未来的运行轨迹）。2014 YX49同样也位于天王星L4点，它成为天王星的特洛伊族小行星已经有大约6万年时间，并且还将继续运行8万年。

海王星特洛伊族小行星

相比于天王星，已经确认的海王星特洛伊族小行星数量要更多一些。在海王星L4点上发现了24颗，L5点上发现了4颗。最早发现的海王星特洛伊族小行星是位于海王星L4点附近的2001 QR322。2010年天文学家在对银河系中心附近恒星被尘埃云遮挡的区域进行巡天观测时偶然发现了2008 LC18，这是海王星L5点上发现的首颗特洛伊族小行星（图为当时发现时的照片）。2013年底，正飞向冥王星的新视野号探测器在途径海王星时发现了2011 HM102，这是已知轨道倾角最大的海王星特洛伊族小行星。除此之外，海王星还拥有数颗高倾角特洛伊族小行星，研究表明这些小行星大都也是被海王星俘获的，而不是在太阳系早期形成的。

火星特洛伊族小行星

如果特洛伊族小行星更多的是被大行星通过引力俘获的，那对于火星来说似乎有些困难。因为在八大行星中，火星的质量仅排在倒数第二位。不过迄今为止已知的火星特洛伊族小行星数量也达到了14颗：火星L4点1颗，L5点13颗。其中最著名的是1990年帕洛玛天文台发现的5261号小行星尤里卡，是第一颗被发现的火星特洛伊族小行星，与其他大多数特洛伊族小行星不同的是，“尤里卡”呈红色、反照率适中，位于火星L5点的中心处，这被认为是起源于太阳系早期的标志——从太阳系诞生之初到现在它一直位于这个稳定的位置上。

地球特洛伊族小行星

2010年10月，广域红外巡天探测者空间望远镜发现了2010 TK7，这也是人类历史上首次发现地球的特洛伊族小行星。2010 TK7的直径约300米，公转周期365.394天。由于太阳的引力作用，特洛伊族小行星一般不会一直固定在拉格朗日点上，而是在其附近的环形轨道上运行。2010 TK7的轨道则不同寻常，它甚至可以运行到接近日地L3点，在L4和L3点之间运行的周期约为400年。2020 XL5是2020年12月泛星计划巡天发现的第二颗地球特洛伊族小行星，直径1.2千米，不过由于金星的引力扰动将会使它慢慢脱离现在的轨道位置，因此它只会在地球L4点附近停留大约4000年。图为这两颗地球特洛伊小行星现在的轨道位置示意图。

金星特洛伊族小行星

2013 ND15也是由泛星计划巡天发现的，是迄今为止已知唯一一颗金星特洛伊族小行星。它是一颗阿登型小行星，轨道半长轴为0.7235天文单位，与金星轨道极为相近。它的偏心率高达0.6115，在环绕金星L4点的轨道上运行。基于反照率估算出其直径为40～100米，虽然它的轨道也会穿越地球和水星的轨道，不过并没有被列入具有潜在威胁的小行星列表中。2016年6月，它曾经近距离接近地球，最近距离为0.077天文单位。图为泛星计划位于夏威夷的口径1.8米望远镜。

露西号小行星探测器

2021年10月16日，“露西号”从卡纳维拉尔角空军基地发射升空，计划于2027年抵达木星L4点的“希腊阵营”，对其中4颗小行星进行探测，之后预计在2033年抵达木星L5点的“特洛伊阵营”，对617号小行星帕特洛克鲁斯进行探测。“露西号”的命名来自于著名的阿法南方古猿，寓意对特洛伊族小行星的研究有助于揭开行星演化的奥秘。

太阳系内大行星特洛伊族小行的数量可能和主带小行星数量一样多。关于特洛伊族小行星的研究对于探索太阳系的起源、行星的形成，甚至地球上生命的诞生都有着重要的联系。期待“露西号”在不远的未来能为人类带来更多新的发现。让我们的目光继续指向位于海王星外侧的柯伊伯带，那里或许拥有更多数量的太阳系小天体。在大行星的引力扰动下，偶尔还会有小天体飞离这片区域，有的游荡在木星和海王星轨道之间，成为半人马型小行星；有些甚至会飞入内太阳系，成为一颗短周期彗星，而彗星在轨道上遗撒的物质如果有机会落到地球上便会成为一场流星雨。