Trojáni: Záhadné planetky, které doprovází Jupitera
Achilles, Hektor či Patroklos byli podle řeckých pověstí hrdinové trojské války. Nalezneme je ovšem i na obloze, protože patří do skupiny tzv. trojánů, zvláštních asteroidů, které doprovází Jupiter při jeho oběhu kolem Slunce.
Představme si teoretickou planetární soustavu, ve které se nachází jen centrální hvězda a jedna velká planeta. Nyní do této soustavy vpusťme další těleso, jehož hmotnost je ve srovnání s oběma objekty zanedbatelná, například kosmickou sondu nebo malý asteroid. A dostaneme klasický problém nebeské mechaniky – problém tří těles. Už v 18. století matematici a astronomové zjistili, že v takovém systému existuje pět bodů, ve kterých se gravitační a odstředivá síla působící na malé těleso vyrovnají. Nazýváme je Lagrangeovy nebo také librační body a označujeme je L1 až L5.
Existenci bodů L1 až L3 ležících na spojnici obou hlavních těles prokázal švýcarský fyzik a matematik Leonhard Euler. Například v systému Slunce–Země se tyto body využívají pro umístnění kosmických sond. V bodě L1 se nachází družice SOHO, která může z dané pozice nepřetržitě monitorovat naši hvězdu, v bodě L2 jsou sondy Planck a Herschel, jež naopak pozorují vzdálený vesmír. V roce 1772 pak italsko-francouzský matematik a astronom Joseph Louis Lagrange dokázal, že stabilními body jsou rovněž L4 a L5, které leží v oběžné dráze planety, přičemž tvoří s oběma hlavními tělesy soustavy rovnostranné trojúhelníky. Znamená to tedy, že objekty v okolí bodů L4 a L5 obíhají společně s planetou kolem centrální hvězdy.
Hrdinové trojské války
Každá planeta obíhající kolem centrální hvězdy tedy má své body L4 a L5, v jejichž okolí se mohou teoreticky vyskytovat menší tělesa s podobnou oběžnou dráhou. Vůbec první takové těleso objevil v roce 1904 americký astronom E. E. Barnard, když pozoroval planetku známou dnes pod označením 1999 RM11. On ani nikdo jiný ovšem tehdy netušil, jaké těleso vlastně pozoroval.
A tak si v tomto ohledu připsal skutečné prvenství německý astronom Max Wolf, který o dva roky později objevil v bodě L4 soustavy Slunce–Jupiter planetku (dnes víme, že má průměr asi 130 km), jež poté dostala jméno Achilles. Během následujících dvou let se přidala další tělesa – Hektor spojený s L4 a Patroklos jakožto první zástupce L5.
Do roku 1938 bylo takových těles u Jupitera objeveno jedenáct, ale jejich počet dále nijak dramaticky nerostl. Ještě v roce 1961 jich bylo známo jenom čtrnáct. Tempo se však začalo výrazně zvyšovat s rozvojem pozorovací techniky. V lednu 2000 již astronomové znali 257 trojánů, o dva roky později jejich počet vzrostl na 1600. V březnu 2012 se uvádělo 3 404 asteroidů v bodě L4 a 1 759 v bodě L5.
Vídeňský astronom Johann Palisa navrhnul, aby se tato tělesa pojmenovávala podle hrdinů řecké báje o trojské válce. Asteroidy patřící do L4 tak dostávají řecká jména, zatímco ty, které se nacházejí v blízkosti L5, mají jména podle hrdinů trojských. Paradoxně hned první tělesa toto pravidlo porušila, protože Hektor byl z Tróje, zatímco Patroklos z Řecka. Oba asteroidy se přitom nacházejí v opačných „táborech“.
Okem dalekohledu WISE
Na základě současných znalostí populace asteroidů v Jupiterových bodech L4 a L5 a modelů jejich vývoje astronomové odhadují, že se v obou oblastech nachází více než milion těles s průměrem větším než jeden kilometr. Ovšem jejich pozorování jsou velmi komplikovaná vzhledem k poměrně velké vzdálenosti. Proto se vědci na trojány zaměřili s pomocí infračerveného dalekohledu WISE a podrobili tuto oblast detailnímu průzkumu.
Mezi hlavní otázky patřily původně právě počty trojánů v okolí obou bodů, jejich zodpovězení však bylo podmíněno dobře koordinovanou pozorovací kampaní. Výhodou byla možnost její realizace z oběžné dráhy Země. Orientace obou skupin asteroidů na obloze totiž vyžaduje pozorování jedné z nich ze severní polokoule a druhé naopak z polokoule jižní, což by předpokládalo použití minimálně dvou různých dalekohledů v různých částech roku. Takové sledování je pak zatíženo řadou výběrových efektů.
V rámci projektu NEOWISE se podařilo změřit přesné průměry a povrchovou odrazivost u 1 750 trojánů. „Na základě těchto informací jsme byli schopni mnohem přesněji než doposud potvrdit, že skupina ‚před‘ Jupiterem skutečně obsahuje asi o čtyřicet procent více objektů,“ říká Tommy Grav z Planetárního vědeckého institutu v Tucsonu. Vědecký tým dosud analyzoval záření 400 planetek, což mu u řady z nich umožnilo je vůbec poprvé přiřadit k určitému typu. „Nenalezli jsme žádné výrazně červené asteroidy typické pro populace hlavního nebo Kuiperova pásu,“ dodává Tommy Grav. Astronomové místo toho detekovali uniformní populaci asteroidů typu D, které jsou spíše tmavě červené, či asteroidy C nebo P. Zdá se, že se zde díváme na jeden z nejstarších materiálů ve Sluneční soustavě.
Původ trojánů
V současné době existují dvě teorie, které vysvětlují původ této zvláštní skupiny asteroidů. Podle první z nich vznikly ve stejné části Sluneční soustavy jako samotný Jupiter a na své současné dráhy se dostaly během vývoje planety. Jupiter prodělal v závěrečném stadiu vývoje velmi dramatický růst – uvádí se, že jeho hmotnost vzrostla během deseti tisíc let desetkrát. Současně s tím rostl gravitační vliv planety, což vedlo k efektivnímu zachytávání tzv. planetesimál v jejím nejbližším okolí. V tomto období bylo zachyceno zhruba 50 % zbývajících objektů. Proti uvedené hypotéze ovšem hovoří hned dvě fakta: pozorovaná populace těles v obou oblastech je o čtyři řády menší, než by podle modelu měla být, a současní trojáni mají oproti modelu také výrazně větší sklony drah.
Druhou z teorií přijímá větší část vědců. Podle ní došlo k zachycení trojánů v průběhu planetární migrace. Podle tzv. modelu Nice vznikly Jupiter, Saturn, Uran a Neptun v jiné části Sluneční soustavy a na své současné dráhy se přesunuly postupně. Migrace planet narušila původní Kuiperův pás a vytlačila miliony objektů směrem do vnitřních částí solárního systému. A současná populace Trojánů se vytvořila právě z putujících objektů patřících původně do Kuiperova pásu.
Budoucnost trojánů zůstává otevřená. Řada slabých rezonancí s orbitami Jupitera a Saturnu způsobuje, že jejich dráhy jsou z dlouhodobého hlediska chaotické. Vzájemné kolize navíc postupně snižují jejich množství: vzniklé úlomky jsou totiž z oblastí výskytu trojánů vyvrhovány a stávají se z nich dočasné satelity Jupitera či příslušníci jeho rodiny komet. Sluneční soustavou tak může putovat až dvě stě vyvržených trojánů o průměru větším než jeden kilometr – některé z nich i na dráhách křížících orbitu Země.
