天文学において、共軌道配置とは、2つ以上の天体(小惑星、衛星、惑星など)が主天体から同じか非常に近い距離で公転している配置のことです。つまり、1:1の平均運動共鳴状態にあるということです。(反対方向に公転している場合は1:−1となります。)[ 1 ]
共軌道天体には、秤動点に応じていくつかの種類があります。最も一般的でよく知られている種類はトロヤ群で、これは2つの安定ラグランジュ点(トロヤ群点)L4とL5のいずれかの周りを秤動します。L4とL5は、それぞれ大きな天体の60°前方と後方にあります。もう1つの種類は馬蹄形軌道で、これは天体が大きな天体から180°の周りを秤動します。0°の周りを秤動する天体は準衛星と呼ばれます。[ 2 ]
交換軌道とは、同じ軌道を周回する2つの天体の質量がほぼ同じで、互いに無視できない影響を及ぼし合う場合に発生する軌道です。これらの天体は接近する際に、軌道長半径や離心率を交換することがあります。
共軌道天体の関係を記述するために使用される軌道パラメータは、近点経度差と平均経度差です。近点経度は、平均経度と平均近点角の合計です。平均経度は昇交点経度と近点引数の合計である。。

トロヤ群天体は、より質量の大きい天体の60°前方(L4)または後方(L5 )を公転し、どちらもさらに質量の大きい中心天体の周りを公転しています。最もよく知られている例は、太陽の周りを木星の前方または後方を公転する多数の小惑星です。トロヤ群天体は、ラグランジュ点のどちらかに正確に公転しているわけではありませんが、比較的近くに留まり、ゆっくりと公転しているように見えます。専門用語では、それらは秤動運動をしています。= (±60°、±60°)。質量や軌道離心率に関係なく、それらが秤動する中心点は同じである。[ 2 ]
太陽の周りを公転するトロヤ群小惑星は数千個知られている。水星を除く太陽系のすべての惑星には、少なくとも1つのトロヤ群小惑星が存在する。これらのほとんどは、木星のラグランジュ点付近を公転しており、伝統的な木星トロヤ群と呼ばれている。2025年現在また、海王星トロヤ群が31個、火星トロヤ群が17個、天王星トロヤ群が2個((687170) 2011 QF 99と(636872) 2014 YX 49)、地球トロヤ群が2個((706765) 2010 TK 7と(614689) 2020 XL 5)、金星トロヤ群が1個(2013 ND 15)、土星トロヤ群が1個(2019 UO 14)存在することが知られています。
土星系には2組のトロヤ群衛星が存在する。テティスとディオネはそれぞれ2つのトロヤ群衛星を持ち、テティスのL4とL5にはそれぞれテレストとカリプソが、ディオネのL4とL5にはそれぞれヘレンとポリュデウケスが存在する。
ポリデウケスは、その大きな秤動で知られています。ラグランジュ点から±30°、平均軌道半径から±2%までずれ、790日(土星の周回周期の288倍、ディオネと同じ周期)でオタマジャクシのような軌道を周回します。
ケプラー223星の周りを公転する一対の共軌道系外惑星が提案されたが、これは後に撤回された。[ 3 ]
ケプラー91bにトロヤ群惑星が存在する可能性が研究されたが、トランジット信号は偽陽性であるという結論に至った。[ 4 ]
2023 年 4 月、アマチュア天文家グループが、恒星 GJ 3470 (この恒星には確認済みの惑星GJ 3470 bが存在する) の近くで、馬蹄形の交換軌道で共周している 2 つの新しい系外惑星候補を報告した。しかし、この研究は arXiv のプレプリントの形でしかなく、査読もされず、権威ある科学誌に掲載されていない。[ 5 ] [ 6 ]上記の主張とは関係なく、GJ 3470 系にトロヤ群惑星の有力候補が TROY プロジェクトによって発見され、視線速度データに基づいてAstronomy & Astrophysicsに掲載された。 [ 7 ]
2023年7月、原始惑星PDS 70 bと共軌道にあるデブリ雲の検出の可能性が発表された。このデブリ雲は、トロヤ群惑星質量天体、あるいは形成過程にある天体の証拠となる可能性がある。 [ 8 ] [ 9 ]
居住可能領域の可能性の一つとして、恒星に近い巨大惑星のトロヤ群惑星が挙げられる。[ 10 ]
トロヤ群惑星が決定的に検出されていない理由は、潮汐力がそれらの軌道を不安定にしているからかもしれない。[ 11 ]
巨大衝突説によれば、月は2つの同軌道天体、すなわち地球の質量の約10%(火星とほぼ同じ質量)を持っていたと考えられているテイアと原始地球との衝突によって形成された。これらの天体の軌道は他の惑星によって摂動を受け、テイアがトロヤ群の位置から外れたことで衝突が引き起こされた。
馬蹄形軌道上の天体は主星から180°の周りを振動する。それらの軌道は、正三角形のラグランジュ点、すなわちL4とL5の両方を含む。[ 2 ]


土星の衛星ヤヌスとエピメテウスは軌道を共有しており、軌道長半径の差はどちらの衛星の平均直径よりも小さい。つまり、軌道長半径が小さい方の衛星が徐々に追いついていく。この過程で、両衛星は互いに重力で引き合い、追いついた方の衛星の軌道長半径は大きくなり、追いついていない方の衛星の軌道長半径は小さくなる。これにより、両衛星の相対位置は質量に比例して逆転し、役割が逆転した状態でこのプロセスが再び始まる。言い換えれば、両衛星は事実上軌道を交換し、最終的には質量加重平均軌道を中心に振動することになる。


地球と共軌道にある小惑星が少数発見されている。最初に発見された小惑星3753 Cruithneは、地球の1年よりわずかに短い周期で太陽を周回しており、その結果、(地球から見ると)地球の位置より前方の位置を中心とする豆形の軌道に見える。この軌道は、地球の軌道位置より徐々に前方に移動する。Cruithneの軌道が地球の位置より先行するのではなく、後続する位置に移動すると、地球の重力の影響で公転周期が長くなり、その結果、軌道は遅れ始め、元の位置に戻る。地球より先行する位置から後続する位置への完全なサイクルには770年かかり、地球に対して馬蹄形の動きとなる。[ 12 ]
その後、共鳴する地球近傍天体(NEO) がさらに発見されました。これらには、Cruithne の軌道と同様の共鳴軌道にある54509 YORP、(85770) 1998 UP 1、2002 AA 29 、 ( 419624) 2010 SO 16、2009 BD、および2015 SO 2が含まれます。 (706765) 2010 TK 7と(614689) 2020 XL 5は、確認されている唯一の 2 つの地球トロヤ群です。
ハンガリア小惑星は、地球の共軌道天体の可能性のある起源の1つであり、寿命は約58千年にも及ぶことがわかった。[ 13 ]
準衛星は、主星から0°の周りを秤動する共軌道天体です。離心率の低い準衛星の軌道は非常に不安定ですが、中程度から高い離心率の場合は安定する可能性があります。[ 2 ]共回転の観点から見ると、準衛星は主星の周りを逆行衛星のように公転しているように見えますが、重力的に束縛されないほど大きな距離にあります。[ 2 ]地球の準衛星の2つの例は、 2014 OL 339 [ 14 ] と469219 Kamoʻoalewaです。[ 15 ] [ 16 ]
土星の衛星エピメテウスとヤヌスのように半長軸を交換することに加えて、同じ軸を共有しつつ離心率を交換するという可能性もある。[ 17 ]