共軌道構成

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、または非常に近い距離を周回する配置であり、つまり、1:1の平均運動共鳴状態にある（または反対方向に周回する場合は1:-1 ）。^[1]

共軌道天体には、秤動点によっていくつかの種類がある。最も一般的でよく知られている種類はトロヤ群で、2つの安定したラグランジュ点（トロヤ群点）の1つであるL ₄とL ₅（それぞれ大きな天体の60°前方と後方）の周りを秤動する。もう1つの種類は馬蹄軌道で、天体は大きな天体から約180°秤動する。0°の周りを秤動する天体は準衛星と呼ばれる。^[2]

交換軌道は、 2 つの共軌道物体の質量が似ており、互いに無視できない影響を及ぼす場合に発生します。物体は互いに近づくと、 軌道長半径または離心率を交換することができます。

共軌道物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あり、平均経度は 昇交点経度と近点引数の合計です。 ${\displaystyle ({\lambda }=\varpi +M)}$ ${\displaystyle (\varpi =\Omega +\omega )}$

トロヤ群天体は、より質量の大きい天体より 60° 前方 (L ₄ ) または後方 (L _{5 ) を周回しており、どちらもさらに質量の大きい中心天体の周りを周回しています。最もよく知られている例は、}太陽の周りを木星より前方または後方を周回する多数の小惑星です。トロヤ群天体は、どちらかのラグランジュ点を正確に周回しているわけではありませんが、比較的その近くを周回しており、ゆっくりと周回しているように見えます。専門用語で言えば、トロヤ群天体は= (±60°, ±60°) の周りを秤動します。質量や軌道離心率に関係なく、トロヤ群天体が秤動する点は同じです。^[2]${\displaystyle ({\Delta }{\lambda },{\Delta }\varpi )}$

太陽の周りを回るトロヤ群小惑星は数千個知られている。そ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^{[アップデート]}と呼ばれている。2015年現在、13個の海王星トロヤ群、7個の火星トロヤ群、2個の天王星トロヤ群（(687170) 2011 QF 99と(636872) 2014 YX 49）、2個の地球トロヤ群（2010 TK 7と(614689) 2020 XL ₅）の存在も知られている。土星トロヤ群は、2019 UO14が発見されるまで観測されていなかった。

土星系には 2 組のトロヤ衛星があります。テティスとディオネにはそれぞれ 2 つのトロヤ衛星があり、テティスの L ₄と L _{5にはそれぞれ}テレストとカリプソがあり、ディオネの L ₄と L _{5にはそれぞれ}ヘレーネとポリュデウケスがあります。

ポリデウケスは、その大きな秤動で有名です。ラグランジュ点から ±30°、平均軌道半径から ±2% も移動し、790 日 (土星の公転周期の 288 倍で、ディオネと同じです) でオタマジャクシ軌道を描きます。

ケプラー223の周りを一組の共軌道系外惑星が周回していると提案されたが、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の結論が下された。^[4]

2023年4月、アマチュア天文学者のグループが、恒星GJ 3470の近くを馬蹄形交換軌道で共周回する2つの新しい太陽系外惑星候補を報告した（この恒星には確認済みの惑星GJ 3470 bがあることが知られている）。ただし、この研究はarXivでプレプリントの形でのみ公開されており、まだ査読を受けておらず、評判の良い科学雑誌に掲載されていません。^{[5] [6]}

2023年7月、原始惑星PDS 70 bと共軌道を周回する破片雲の検出の可能性が発表された。この破片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である可能性がある。 ^{[7] [8]}

ハビタブルゾーンの可能性があるものとしては、恒星に近い巨大惑星のトロヤ群惑星が挙げられます。^[9]

トロヤ群惑星が明確に検出されていない理由は、潮汐力によって軌道が不安定になるためである可能性がある。^[10]

巨大衝突仮説によれば、月は、地球の約10%の質量（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いう2つの共軌道天体の衝突によって形成された。これらの軌道は他の惑星によって乱され、テイアはトロヤ座の位置から外れて衝突を引き起こした。

馬蹄形軌道上の天体は主星から約180°回転する。その軌道は正ラグランジュ点L4とL5の両方を_囲む。_[ 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、軌道長半径の小さい衛星がゆっくりともう一方の衛星に追いつく。このとき、衛星は重力で互いに引っ張り合い、追いついた衛星の軌道長半径が長くなり、もう一方の衛星の軌道長半径が短くなる。これにより、衛星の相対的な位置が質量に比例して逆転し、衛星の役割が逆転した状態でこのプロセスが新たに始まる。言い換えれば、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両方を振動させる。

地球と共軌道にある小惑星がいくつか発見されている。最初に発見された小惑星3753 クルースネは、1 地球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、地球の位置よりも前方を中心とする豆の形をした軌道を描く。この軌道はゆっくりと地球の軌道位置よりも前方へ移動する。クルースネの軌道が地球を先行するのではなく追従する位置へ移動すると、地球の重力の影響で軌道周期が長くなり、軌道は遅れ始め、元の位置に戻る。地球を先行する軌道から追従する軌道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。^[11]

それ以来、より多くの共鳴地球近傍天体(NEO) が発見されている。これらには、クルースネに似た共鳴軌道に存在する54509 YORP、(85770) 1998 UP 1、2002 AA 29 、 ( 419624) 2010 SO 16、2009 BD、および2015 SO 2 が含まれる。2010 TK 7と(614689) 2020 XL 5は、確認されている唯一の 2 つの地球トロヤ群天体である。

ハンガリー小惑星は、寿命が約5万8千年に達する地球の共軌道天体の可能性のある源の一つであることが判明した。^[12]

準衛星は、主星から約0°の角度で周回する共軌道天体である。低離心率の準衛星軌道は非常に不安定だが、中程度から高離心率の準衛星軌道は安定することがある。^[2]共回転の観点から見ると、準衛星は逆行衛星のように主星を周回しているように見えるが、その距離が遠すぎるため重力で縛られていない。^[2]地球の準衛星の例としては、2014 OL 339 ^[13] と469219 Kamoʻoalewaがある。^{[14] [15]}

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、同じ軸を共有しながらも離心率を交換するという可能性もあります。^[16]

• 二重惑星
• コルディレフスキー雲
• 中国の宇宙ステーション望遠鏡

• Eric B. FordおよびMatthew J. Holman (2007)。「トランジットタイミング観測を使用した太陽系外惑星のトロヤ群の探索」。The Astrophysical Journal Letters。664 ( 1): L51–L54。arXiv : 0705.0356。Bibcode : 2007ApJ ...664L..51F。doi : 10.1086 /520579。S2CID 14285948  。

ウィキメディア・コモンズには、共軌道天体に関連するメディアがあります。

• マレーとダーモットによる共軌道運動の QuickTime アニメーション
• カッシーニがエピメテウスとヤヌスの軌道ダンスを観測 惑星協会
• トロヤ群惑星の探索 アパラチア州立大学で太陽系外トロヤ群惑星を探索する天文学者グループのウェブページ