Несмотря на опасности Вселенной, наша Солнечная система – это удивительно стабильное место, где все восемь планет остаются на своих орбитах всё время наблюдений. Однако не все системы подобны нашей. Отсюда и вопрос о том, могут ли находиться две планеты на одной орбите. Это очень хороший вопрос, и в нашей Солнечной системе есть несколько ключей к ответу на него. Узнайте про две планеты на одной орбите на портале ФактыПро.
Тонкости определения «планета»
По современному представлению землян, две планеты на одной орбите быть не может. И причина этого исключительно в толковании того что такое планета. Согласно определению, принятом в 2006-м году Международным Астрономическим Союзом планетой является небесное тело с определенными характеристиками. В соответствии с требованиями Международного союза астрономов (IAU), телу, находящемуся на орбите, для получения статуса планеты необходимы три вещи:
1. Находиться в гидростатическом равновесии, то есть обладать гравитацией, достаточной для достижения сферической формы (учитывая искажающую эту форму вращение).
2. Двигаться по орбите вокруг звезды, а не вокруг другого тела.
3. Очистить свою орбиту от планетезималей, то есть от конкурентов.
Строго говоря, третий пункт исключает возможность нахождения на орбите двух планет. Уже из этого определения ясно, что двух планет на одной орбите быть не может иначе они перестанут удовлетворять определению того, что такое планета. Ведь планета – это тело, которое является гравитационной доминантой на своей орбите, т.е. все другие тела на этой орбите «сожраны» планетой. Поэтому при наличии другого сравнимого по массе тела, ни одно из них не попадает под определения «планета».
В определение планеты включено условие, что она «очистила свою орбиту» от других крупных тел. Так что, строго говоря, две «планеты» на одной орбите не будут считаться планетами.
В результате более правильным будет вопрос – могут ли существовать два массивных небесных тела на одной орбите. В таком случае если не заниматься буквоедством, не заморачиваться по поводу чётких определений, то можно найти варианты для существования двух планет на одной орбите.
Могут ли две землеподобные планеты находиться на одной орбите вокруг их звезды. Основной проблемой будет гравитация, способная разрушить двойную орбиту одним из двух способов. В первом случае гравитационное взаимодействие очень сильно «ударит» по одной из планет, которая в результате упадёт на звезду или вылетит из системы. Во втором – взаимное притяжение заставит планеты объединиться во впечатляющем столкновении.
Все же теоретически две планеты на одной орбите существовать смогут. Однако это гравитационно-нестабильное состояние, кроме нескольких малоразмерных точек орбиты. Т.е. теоретически два массивных (и сравнимых по массе) тела (и три, четыре тоже) могут стабильно существовать на одной орбите, но на практике таких примеров нет.
Точки Лагранжа
На орбите существуют точки Лагранжа — точки в системе из двух массивных тел, в которых третье тело с пренебрежимо малой массой, не испытывающее воздействия никаких других сил, кроме гравитационных со стороны двух первых тел, может оставаться неподвижным относительно этих тел. Примеров хватает. В системе Солнце — Юпитер в окрестностях точек L4 и L5 находятся так называемые греческие и троянские астероиды. «Греки» (Одиссей, Аякс, Ахилл, Гектор и др.) опережают Юпитер приблизительно на 60 градусов орбитальной дуги, а «троянцы» (Приам, Эней, Патрокл, Троил и др.) отстают от планеты-гиганта на 60 градусов.
Еще примеры: спутник Сатурна Тефия, в точках L4 и L5 которой находятся два небольших спутника — Телесто и Калипсо. Спутник Диона имеет на своей орбите спутники Елена в точке L4 и Полидевк в точке L5.
В системе «звезда-планета» на орбите планеты существуют так называемы точки Лагранжа. В этих точках притяжение звезды и планеты, и центробежные силы уравновешивают друг-друга. Точки L1, L2 и L3 лежат на линии соединяющей две массы и поэтому являются неустойчивыми к малым пертурбациям — объекты в этих точках не могут иметь стабильной орбиты.
L4 и L5 – это островки стабильности на орбите. Если поместить в такую точку объект, с пренебрежительно малой массой по сравнению со звездой и планетой, то объект сможет находиться в этой точке неопределённо долго. Он станет вращаться вокруг звезды по той же орбите, что и планета на постоянном расстоянии от планеты.
Точки Лагранжа на орбите Земли активно используются — они являются замечательным местом для «парковки» исследовательских аппаратов. Так недавно запущенный отечественный телескоп «Спектр-РГ» отправился к точке Лагранжа L2, а в следующем году туда же планируют запустить телескоп James Webb, который должен прийти на смену Хабблу.
Объекты в точках Лагранжа могут возникнуть и естественным путём. Так у Юпитера есть две группы астероидов, вращающихся вокруг Солнца по той же орбите, что и Юпитер. Находятся они в окрестностях точек Лагранжа L4 и L5. Называют их «троянcкие» и «ахейские» астероиды. Подобные астероиды есть и у других планет: Марса, Нептуна, Урана. Один троянский астероид есть даже у Земли, в районе точки Лагранжа L4.
Вокруг точек L4 и L5 скапливаются астероиды. У газовых гигантов их тысячи, но и у Земли есть один: астероид 3753 Cruithne, сейчас находящийся на квазистабильной орбите с нашим миром!
К сожалению, только точки L4 и L5 стабильны; всё, что начинает с точек L1, L2 или L3, в результате либо сталкивается с планетой, либо выбрасывается из системы.
При этом точки Лагранжа справедливы только для малого небесного тела. Орбиты крупных планет на одной орбите могут быть квазистабильны, то есть они могут вращаться вокруг звезды по одной орбите довольно долго — миллионы, в некоторых случаях даже миллиарды лет, но в долгосрочной перспективе на орбите останется только одна планета.
Согласно современным научным представлениям на заре существования Солнечной системы на орбите Земли было еще одно со-орбитальное ей тело — планета размером с Марс, которой дали название Тейя. Именно в результате столкновения Тейи с прото-Землей образовалась наша Луна.
Двойная планета
Есть другой вариант как две планеты на одной орбите могут ужиться. Это ситуация, когда две планеты вращаются вокруг барицентра, а двойная планета в целом вращается вокруг звезды. У нас нет явной двойной планеты в нашей Солнечной системе, но у нас есть две близкие пары: карликовая планета Плутон и ее самая большая луна Харон. Теоретически возможна ситуация, когда на одной орбите формируются сразу две сравнимые планеты, но эта конфигурация неустойчива.
Две планеты периодически меняющиеся местами
Есть ещё один способ как разместить две планеты на одной орбите. Он может показаться нестабильным. Вариант предполагает две планеты на разных орбитах, одна внутри другой, периодически меняющиеся местами. Можно решить, что это безумие, но в Солнечной системе есть пример такого случая: две луны Сатурна, Эпиметей и Янус.
Каждые четыре года луна, находящаяся ближе к Сатурну, побеждает внешнюю, и их гравитационное притяжение заставляет внутреннюю луну перейти на внешнюю орбиту, а внешнюю на внутреннюю.
За последние 25 лет ученые много раз наблюдали их танец, и, насколько можно судить, эта конфигурация стабильна в течение существования Солнечной системы. То есть, где-нибудь в нашей Галактике вполне может существовать планетная система, в которой две планеты, а не луны, ведут себя именно так.
Однако из тысяч открытых планет ученые пока не знают ни одной бинарной системы. Новости об открытии такой системы, пролетавшие несколько лет назад, были отозваны. Конечно, наша технология ещё недостаточно хороша для того, чтобы открывать луны вокруг экзопланет, но наука ожидает, что они там будут.
На самом деле такие случаи совместного использования орбит должны быть редки, но не настолько редки, чтобы ученные с ними никогда не столкнулись. Дайте им телескоп для поиска планет получше, миллион звёзд и десять лет, и они смогут поспорить, что найдут примеры такого случая существования двух планет на одной орбите. Законы гравитации и наши симуляции утверждают, что такие случаи должны реализовываться. Осталось лишь отыскать их. При этом никаких ограничений нет, если Вселенная бесконечна.
Земля и Луна
Если смотреть глазами инопланетян, а не землян, но Земля и Луна – две планеты на одной орбите. Причина в том, что в общем-то Луна движется не столько по орбите вокруг Земли, столько по орбите вокруг Солнца, притяжение к которому существенно больше, и соответственно кривизна траектории орбиты Луны вокруг Солнца везде отрицательная.
Условно можно сказать, что, 12 раз в год Земля и Луна меняются местами: Луна переходит сначала на внешнюю, а затем вновь на внутреннюю орбиту относительно орбиты Земли вокруг Солнца. Так что глазами инопланетян – это две планеты на одной орбите.
С точки зрения условного «стороннего наблюдателя» при анализе гравитационного взаимодействия Земли и Луны между собой и с центральным светилом (Солнцем) они ведут себя скорее как две планеты на одной орбите, одна из которых периодически обгоняет/отстает от другой, чем как планета и её спутник.
Неустойчивое равновесие
Еще простой пример достаточно устойчивой системы с двумя (да хоть четырьмя) телами — эксцентриситет равен нулю, а планеты находятся в одной плоскости на вершинах правильного многогранника. При этом важное условие, что помимо этого не будет других планет и внешних воздействий. Такая система находится в крайне неустойчивом положении и какая-то мелочь, пролетевшая рядом, быстро разберет всю систему, но тем не менее, вопрос скорее в том, возможно ли такая система в принципе или она гарантированно развалится еще на этапе создания. Все же речь шла про устойчивые системы. Две и более планеты в вершинах многоугольника — это пример неустойчивого равновесия.
Планета Глория
Существует мнение, что у Земли есть двойник – планета Глория. Она находится с обратной стороны от Солнца и ее невозможно увидеть. Все же планета Гор является обычной фантастикой. Только среди конспирологов, уфологов, любителей паранормального распространена антинаучная гипотеза, что планета Глория — двойник Земли якобы находящейся по другую сторону от Солнца.
К сожалению для конспирологов, эта область пространства не раз была сфотографирована различными космическими аппаратами. Вполне ожидаемо там ничего не было обнаружено.
Заключение
Таким образом, две сравнимые по размерам планеты могут находиться на одной орбите, но эта орбита не будет стабильной в долгосрочной перспективе и всё закончится либо столкновением, либо выбрасыванием одной из планет с орбиты. Наиболее вероятны подобные ситуации на ранних стадиях формирования планетных систем. Чем старше планетная система тем менее вероятно увидеть в ней нечто подобное. Для сохранения системы такого рода в течении продолжительного по космическим меркам времени необходимо соблюдение ряда условий, почти невозможных в реальном мире, но Вселенная полна тайн.
При этом по земным меркам само определение орбиты планеты предполагает наличие доминантного тела на траектории движения. Поэтому вдаваясь в научную терминологию – две планеты на одной орбите быть не могут, так как это противоречит принятому понятию планета.
