Спутники планет и точки Лагранжа

Разные планеты "владеют" различным количеством спутников. Эти спутники планет распределены в Солнечной системе явно неравномерно. У гиганта Юпитера их 15, у Сатурна по некоторым данным – больше 20, а по мере приближения к Солнцу число спутников резко понижается. У Марса всего два спутника – знаменитые Фобос и Деймос, у Меркурия и Венеры их нет совсем. У Земли единственный естественный спутник – Луна.

Впрочем, надо еще уточнить, что называть спутником планеты. Мы привыкли к тому, что наша Луна – шаровидное тело, но ведь, вообще говоря, спутники планет могут быть и иными – невидимыми. Важно только, чтобы они были связаны с данной планетой силами тяготения. В каких же состояниях вообще может находиться в космосе твердое вещество? В виде отдельных бесформенных глыб и в виде... пыли, пылевых облаков. Что касается отдельных глыб, то вполне возможно, что у планеты Земля есть несколько таких спутников. Но зарегистрировать их никому не удавалось, хотя некоторые косвенные свидетельства их существования имеются. А невидимые спутники планет пылевые?

Еще в 18 столетии знаменитый французский математик Лагранж, исследуя задачу движения трех взаимодействующих тел, пришел к заключению, что при определенных условиях эти тела могут образовать в пространстве весьма любопытный равносторонний треугольник. Само собой разумеется, что с течением времени каждое из трех тел будет перемещаться по своей орбите относительно общего центра масс. Но все дело в том, что при этих перемещениях они все время будут оставаться в вершинах равностороннего треугольника. Сам этот треугольник непрерывно видоизменяется, то сжимаясь, то растягиваясь и поворачиваясь относительно центра масс. Но при этом он всегда остается равносторонним. Таким образом, в системе трех тел могут существовать своеобразные равновесные точки Лагранжа. А если система состоит только из двух тел, как, например, система "Земля–Луна"? Тогда в ней все равно есть, так сказать, потенциальная точка Лагранжа, образующая вместе с двумя другими телами вершины равностороннего треугольника. А так как в плоскости, в которой уже происходит движение двух тел, всегда можно построить пару равносторонних треугольников с двумя совпадающими вершинами, где находятся эти два тела, то, очевидно, в системе двух тел всегда должны существовать две точки Лагранжа. Хотя до поры до времени эти точки могут оставаться и незанятыми. Однако если какое-либо тело окажется в точке Лагранжа и при этом мгновенно потеряет скорость относительно Земли и Луны, то оно попадет как бы в гравитационную ловушку и останется в ней навсегда или, во всяком случае, очень надолго. На первых порах, пока ловушка еще пуста, она работает плохо – частицы беспрепятственно пролетают через "зону равновесия" и уходят своей дорогой. Но по мере заполнения "ловушки" веществом процесс "захвата" будет ускоряться. Теперь пролетающие частицы могут сталкиваться с теми, которые уже попались в невидимые сети, и, теряя скорость, пополнять "улов". Хотя процесс этот чрезвычайно медленный, можно было ожидать, что за многие сотни миллионов лет в точках Лагранжа системы "Земля–Луна" должно было накопиться заметное количество вещества: ведь в околоземном пространстве движется множество пылинок, а возможно, и более крупных тел.

Еще в начале текущего столетия были обнаружены спутники планет, где в теории находятся точки Лагранжа системы "Солнце–Юпитер". Вблизи каждой из этих точек Лагранжа астрономы обнаружили по нескольку астероидов. Всем им были присвоены имена героев древнегреческого эпоса о Троянской войне. Большую группу стали называть "греками", меньшую – "троянцами". Однако аналогичные спутники планеты Земля, возможное существование которых вытекало из теории, долгое время обнаружить не удавалось. Дело в том, что увидеть подобный спутник планеты Земля можно только тогда, когда соответствующая точка Лагранжа располагается в области небосвода, противоположной Солнцу, и в то же время достаточно далеко от светлой полосы Млечного Пути. И ко всему этому надо, чтобы ночь была безлунной...

Подобные благоприятные сочетания осуществляются в природе крайне редко. Астрономы многие годы фотографировали точки Лагранжа, но никаких следов твердого вещества не обнаруживали. И только несколько лет назад, наконец, удалось сфотографировать "невидимые" спутники планеты Земля. Они оказались довольно внушительными: поперечник каждого из них сравним с поперечником Земли. Впрочем, масса этих пылевых облаков по космическим меркам довольно незначительна – всего около 20 тыс. тонн. И уж вовсе не велика плотность таких спутников – одна пылинка на кубический километр. Не удивительно, что их так трудно было обнаружить. Тем не менее, с облаками космической материи, расположенными вблизи точек Лагранжа, видимо, придется всерьез считаться при выборе траекторий движения космических кораблей. С другой стороны, весьма заманчиво создать в точках Лагранжа космические орбитальные станции. Их положение в пространстве длительное время почти не придется корректировать. Но тогда, вероятно, возникнет необходимость каким-то образом избавиться от скопившегося в этих районах вещества. Оно может оказаться опасным для сооружений станции и мешать научным наблюдениям.