Супутники планет і точки Лагранжа

Різні планети "володіють" різною кількістю супутників. Ці супутники планет розподілені в Сонячній системі явно нерівномірно. У гіганта Юпітера їх 15, у Сатурна за деякими даними – більше 20, а в міру наближення до Сонця число супутників різко знижується. У Марса всього два супутники - знамениті Фобос і Деймос, у Меркурія та Венери їх немає зовсім. У Землі єдиний природний супутник - Місяць.

Втім, ще треба уточнити, що називати супутником планети. Ми звикли до того, що наш Місяць – кулясте тіло, але, власне кажучи, супутники планет можуть бути й іншими – невидимими. Важливо тільки, щоб вони були пов'язані з цією планетою силами тяжіння. У яких станах взагалі може перебувати в космосі тверда речовина? У вигляді окремих безформних брил та у вигляді... пилу, пилових хмар. Що стосується окремих брил, то цілком можливо, що планета Земля має кілька таких супутників. Але зареєструвати їх нікому не вдавалося, хоча є деякі непрямі свідчення їх існування. А невидимі супутники планет пилові?

Ще у 18 столітті знаменитий французький математик Лагранж, досліджуючи задачу руху трьох взаємодіючих тіл, дійшов висновку, що за певних умов ці тіла можуть утворити у просторі дуже цікавий рівносторонній трикутник. Зрозуміло, що з часом кожне з трьох тіл буде переміщатися по своїй орбіті щодо загального центру мас. Але вся справа в тому, що при цих переміщеннях вони залишатимуться у вершинах рівностороннього трикутника. Сам цей трикутник постійно видозмінюється, то стискаючись, то розтягуючись і повертаючись щодо центру мас. Але при цьому він завжди залишається рівностороннім. Таким чином, у системі трьох тіл можуть існувати своєрідні рівноважні точки Лагранжа. А якщо система складається лише з двох тіл, як, наприклад, система "Земля-Місяць"? Тоді в ній однаково є, так би мовити, потенційна точка Лагранжа, що утворює разом із двома іншими тілами вершини рівностороннього трикутника. А оскільки в площині, в якій вже відбувається рух двох тіл, завжди можна побудувати пару рівносторонніх трикутників з двома вершинами, що збігаються, де знаходяться ці два тіла, то, очевидно, в системі двох тіл завжди повинні існувати дві точки Лагранжа. Хоча до певного часу ці точки можуть залишатися і незайнятими. Однак якщо якесь тіло опиниться в точці Лагранжа і при цьому миттєво втратить швидкість щодо Землі та Місяця, воно потрапить як би в гравітаційну пастку і залишиться в ній назавжди або, принаймні, дуже надовго. Спочатку, поки пастка ще порожня, вона працює погано - частинки безперешкодно пролітають через "зону рівноваги" і йдуть своєю дорогою. Але в міру заповнення "пастки" речовиною процес "захоплення" пришвидшуватиметься. Тепер частки, що пролітають, можуть стикатися з тими, які вже потрапили в невидимі мережі, і, втрачаючи швидкість, поповнювати "улов". Хоча процес цей надзвичайно повільний, можна було очікувати, що за багато сотень мільйонів років у точках Лагранжа системи "Земля-Місяць" мала накопичитися помітна кількість речовини: адже в навколоземному просторі рухається безліч порошинок, а можливо, і більших тіл.

Ще на початку поточного століття було виявлено супутники планет, де в теорії знаходяться точки Лагранжа системи "Сонце-Юпітер". Поблизу кожної з цих точок Лагранжа астрономи виявили кілька астероїдів. Всім їм було присвоєно імена героїв давньогрецького епосу про Троянську війну. Велику групу почали називати "греками", меншу - "троянцями". Однак аналогічні супутники планети Земля, можливе існування яких випливало з теорії, довгий час виявити не вдавалося. Справа в тому, що побачити подібний супутник планети Земля можна тільки тоді, коли відповідна точка Лагранжа розташовується в області небосхилу, протилежному Сонцю, і в той же час досить далеко від світлої смуги Чумацького Шляху. І до всього цього треба, щоб ніч була безмісячною...

Подібні сприятливі поєднання здійснюються у природі вкрай рідко. Астрономи багато років фотографували точки Лагранжа, але жодних слідів твердої речовини не виявляли. І лише кілька років тому нарешті вдалося сфотографувати "невидимі" супутники планети Земля. Вони виявилися досить значними: діаметр кожного їх порівняємо з діаметром Землі. Втім, маса цих пилових хмар за космічними мірками досить незначна - загалом близько 20 тис. тон. І вже зовсім не велика густина таких супутників – одна порошинка на кубічний кілометр. Не дивно, що так важко було їх виявити. Тим не менш, з хмарами космічної матерії, розташованими поблизу точок Лагранжа, мабуть, доведеться всерйоз зважати на вибір траєкторій руху космічних кораблів. З іншого боку, дуже привабливо створити у точках Лагранжа космічні орбітальні станції. Їхнє становище у просторі тривалий час майже не доведеться коригувати. Але тоді, ймовірно, виникне необхідність якимось чином позбутися речовини, що накопичилася в цих районах. Воно може виявитися небезпечним для спорудження станції та заважати науковим спостереженням.