小行星『Bee-Zed』：與木星共軌的逆行勇士

來源 physics world

翻譯 吳倩

審校 卓思琪

來自奧爾特雲的「逃逸者」正在木星軌道上圍繞太陽逆行，它的行為改變了我們對軌道動力學的理解。

這個「逃逸者」名叫 2015 BZ509，簡稱「Bee-Zed"，由泛星計劃（全稱為全景巡天望遠鏡和快速反應系統，Pan-STARRS）首次發現，隨後由加拿大西安大略大學 Paul Wiegert 帶領的研究團隊利用亞利桑那州大雙筒望遠鏡進行後續跟蹤。如果從太陽的北極俯視太陽系，我們可以看到絕大部分天體（包括所有行星）都是以逆時針方向圍繞太陽運轉，而 Bee-Zed 則是一股清流：它順時針逆行而上。

逆行軌道雖然罕見，但並不神秘。讓 Bee-Zed 與眾不同的是它以 1：-1 共振（負號指逆行運動）與木星共享軌道。它非但沒有被木星這個「巨人」踢出軌道，反而處於一種長達幾百萬年的穩定狀態中——從未與木星相撞。

軌道共享

木星與其他天體共享軌道並不新鮮。例如特洛伊小行星群（Trojans）在木星軌道的拉格朗日點 L4、L5（即木星軌道前後方各 60°）被捕獲，並沿木星軌道順行運行（與木星同方向）。

（圖片來源：http://p3.ifengimg.com/cmpp/2017/01/08/10/93f2931e-45a9-48e5-8b18-be1685c29bcf_size20_w600_h338.jpeg-w600）

而 Bee-Zed 則是「反特洛伊」的。巴西聖保羅國家大學的 Helena Morais 和法國科特達祖爾天文台（C?te d Azur Observator）的 Fathi Namouni 在 Bee-Zed 正式被發現前兩年便預言了它的存在。

Bee-Zed 的軌道傾斜於黃道面 163°，每六年會掠過木星軌道一次，但與木星的距離從未少於 1.76 億千米。Bee-Zed 每次掠過木星軌道時，木星的引力都會擾動 Bee-Zed 的軌道。但論文作者 Wiegert 表示，「由於二者相距甚遠，這些擾動帶來的影響非常輕微。」這些擾動最終相互抵消，使得 Bee-Zed 維持在其原本的運行軌道上。

Wiegert 猜測，Bee-Zed 曾經是奧爾特雲的彗星（奧爾特云：一個假設包圍著太陽系的球體雲團，分布著許多不活躍的彗星，在那裡彗星可能從任何方向出現，並具有高度傾斜的逆行軌道）。最著名的哈雷彗星便具有逆行軌道，大家猜測它來自奧爾特雲。

彗星謎團

南昆士蘭大學的 Jonathan Horner（並未參與本項研究）表示，像哈雷彗星這樣從長周期運行軌道轉變為如今相對短周期的運行軌道，其原因暫時未明。如果 Wiegert 的假設「Bee-Zed 和哈雷彗星的前身類似」是正確的，那麼關於彗星軌道周期轉變的疑惑將有所解釋。

另一種可能性是，Bee-Zed 曾是 6000 個特洛伊小行星之一，但在太陽系早期被拋出，並進入簡單的軌道共振。

Horner 說道，「在變軌過程中，少數天體有可能在被拋入逆行軌道後又被木星重新捕獲。」

Bee-Zed 的第三種成因可能是古在機制（Kozai mechanism），來自其他行星的擾動會降低小行星軌道的離心率並增加軌道傾角，最終導致軌道翻轉。

更多逆行的特洛伊

Wiegert 認為木星可能擁有更多尚未發現的逆行共軌小行星和彗星，「但數量不可能像順行特洛伊群那麼多——因為逆行天體本就非常罕見。」他還補充到，「如果在其他行星（包括地球）周圍發現更多這樣的天體，我絕不會感到驚訝。」

逆行小行星與地球的共軌共振可以阻止其與地球相撞，但木星也會影響撞擊率。2008 年至 2010 年間發表的一系列文章中，Horner 和開放大學的 Barrie Jones 發現，木星除了會將天體「丟」出太陽系，也會將天體「扔」向地球。而逆行共軌小行星的存在讓木星增加了一種「管住」臨近天體的方式，但 Horner 說，「我認為它並沒有提高木星是「保護神」的可信度。」（一般占星認為木星是「幸運之星」，不過千萬別把這個當飯吃，聽聽就好。）

「木星在太陽系中舉足輕重，它能夠捕獲天體並改變它們的位置：將它們置於或是安全、或是潛藏危險的區域。」

Bee-Zed 的發現還為太陽系外行星的研究帶來啟發，比如「行星軌道二重唱」。雖然兩個木星大小的天體無法共軌，但小個頭的行星出現在緊挨著大個頭行星的逆行軌道上也是有可能的。我們之前發現過逆行的太陽系外行星，但它們並不與其他行星共軌；探索發現這類「二重唱」很有價值。

論文基本信息

【題目】A retrograde co-orbital asteroid of Jupiter

【作者】Paul Wiegert, Martin Connors& Christian Veillet

【期刊】Nature

【日期】 29 March 2017

【DOI】10.1038/nature22029

【摘要】Recent theoretical work in celestial mechanics has revealed that an asteroid may orbit stably in the same region as a planet, despite revolving around the Sun in the sense opposite to that of the planet itself. Asteroid 2015 BZ509 was discovered in 2015, but with too much uncertainty in its measured orbit to establish whether it was such a retrograde co-orbital body. Here we report observations and analysis that demonstrates that asteroid 2015 BZ509 is indeed a retrograde co-orbital asteroid of the planet Jupiter. We find that 2015 BZ509 has long-term stability, having been in its current, resonant state for around a million years. This is long enough to preclude precise calculation of the time or mechanism of its injection to its present state, but it may be a Halley-family comet that entered the resonance through an interaction with Saturn. Retrograde co-orbital asteroids of Jupiter and other planets may be more common than previously expected.

【鏈接】https://www.nature.com/nature/journal/v543/n7647/full/nature22029.html

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