Подтверждено: у Земли есть спутники из пыли
В 1961 году польский астроном Казимеж Кордылевский обнаружил на орбите Земли пылевое облако. Открытое учёным скопление пыли, согласно его наблюдениям, было расположено в точке Лагранжа L5 системы "Земля–Луна". Позднее появились свидетельства, что такое же облако существует и в точке L4. Впоследствии объекты были названы его именем.
Расскажем о том, что такое точки Лагранжа. Возьмём два массивных тела, в данном случае Луну и Землю. Как показал в XVIII веке великий математик Жозеф Лагранж, в пространстве будет существовать пять точек, где силы тяготения этих двух объектов будут уравновешивать друг друга. Из-за этого достаточно малый объект в такой точке может пребывать неограниченно долго.
Где расположены точки L4 и L5? Построим равносторонний треугольник так, чтобы Земля и Луна находились в его вершинах, а третья вершина лежала в той же плоскости, что и орбита Луны. Вот эта третья вершина и будет точкой Лагранжа.
Понятно, что всего существует два таких треугольника: они имеют общую сторону (отрезок "Земля–Луна") и лежат в одной плоскости, но их третьи вершины, так сказать, отвернулись друг от друга. Так и определяются точки L4 и L5. Разумеется, они движутся вокруг Земли вместе с Луной.
Казалось бы, в этих точках естественно ожидать скопления пыли: раз гравитационные силы не вынуждают объект покинуть это "уютное местечко", он может остаться там навсегда. За миллиарды лет существования Земли и Луны там могло скопиться немалое количество пылинок.
Однако в Солнечной системе есть и другие тела, кроме нашей планеты и её спутника. Так, на пылинки в точках L4 и L5 действует гравитация Солнца и других планет. Кроме того, их может выдувать потоком солнечного ветра. Поэтому многие астрономы считают, что никакая пыль там накапливаться не может.
Как же тогда быть с наблюдениями Кордылевского и некоторыми более поздними свидетельствами существования пылевых спутников Земли? Скептики утверждают, что они были ошибочными. Такие тусклые объекты, как пылевые облака, наблюдать чрезвычайно сложно, и велик шанс принять за них что-нибудь другое.
Поставить точку в вопросе взялась команда во главе с Габором Хорватом (Gabor Horvath) из Будапештского университета. Свои результаты астрономы изложили в двух статьях, опубликованных в журнале Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.
В первой работе они провели трёхмерное компьютерное моделирование формирования облаков Кордылевского. Учёные рассматривали систему из четырёх тел: Земли, Луны, Солнца и пылинки, находящейся в районе точки L4 или L5. Авторы испробовали 1,86 миллиона различных наборов значений входных параметров (таких, например, как скорость и координаты частицы пыли). Это позволило им утверждать, что Солнце не помешает образоваться скоплению пыли. Астрономы также рассчитали возможный размер и форму такого облака.
Во второй статье описаны результаты астрономических наблюдений. Учёные воспользовались свойством пыли придавать проходящему сквозь неё свету определённую поляризацию (мы подробно рассказывали о том, что это такое). Авторы использовали оптический телескоп со специальными фильтрами, пропускающими только свет, поляризованный нужным образом.
Наблюдая точку L5 в поляризованном свете, авторы обнаружили искомое облако. Исследователи основательно проверили все правдоподобные источники ошибок. Они исключили гипотезы, что наблюдательные данные объясняются несовершенством телескопа, перистыми облаками в атмосфере и конденсационными следами самолётов. Единственным приемлемым объяснением, по мнению астрономов, осталось то, что они всё-таки обнаружили облако Кордылевского.
Астрономы не наблюдали точку L4, но, вероятно, такое же облако существует и там, поскольку обе точки одинаковы по своим свойствам. Было бы трудно объяснить, как пыль может накапливаться только в одной из них, игнорируя другую.
Интерес к облакам в точках Лагранжа не только академический. Такая "тихая гавань" удобна для космических аппаратов. "Вести.Наука" (nauka.vesti.ru) рассказывали о планах пилотируемых полётов в эти пункты, и даже строительства там орбитальных станций.
Правда, обычно речь идёт о другой точке Лагранжа, L2, расположенной за Луной. Однако четвёртую и пятую точки тоже не стоит сбрасывать со счетов. Поэтому важно понять, сколько в них пыли и может ли она представлять угрозу для космических аппаратов.
Добавим, что порой в точках Лагранжа системы "Солнце–планета" астрономы обнаруживают и более крупные объекты, которые не имеют возможности вырваться из гравитационной ловушки. Также учёные предполагают, что подобные "троянцы" присутствуют и у в других планетных системах.