Twoja wyszukiwarka

MICHAŁ RÓŻYCZKA
SYGNAŁY - NASZ DRUGI KSIĘŻYC
Wiedza i Życie nr 5/2000
Artykuł pochodzi z "Wiedzy i Życia" nr 5/2000

Niedawno odkryto drugiego naturalnego satelitę Ziemi. Jest to niewielki obiekt, który porusza się po orbicie o kształcie podkowy.

Procesy i zjawiska całkowicie sprzeczne z intuicją nie są wyłączną specjalnością teorii względności i mechaniki kwantowej. Można je także zaobserwować w układach całkowicie posłusznych prawom klasycznej mechaniki Newtona. W najzwyklejszych okolicznościach grawitacja potrafi zachowywać się tak, jakby była siłą odpychającą, a pusta przestrzeń może udawać, że jest źródłem pola grawitacyjnego. Z taką właśnie sytuacją mamy do czynienia w układzie złożonym ze Słońca i planety oraz krążącej między nimi planetoidy o masie tak małej, że jej oddziaływanie grawitacyjne na Słońce i planetę można całkowicie zaniedbać (planetoida "czuje" jednak grawitację zarówno Słońca, jak i planety).

W przestrzeni wokół Słońca i planety jest zaledwie 5 punktów, w których planetoida oglądana z planety może tkwić nieruchomo. Noszą one nazwę punktów Lagrange'a (ich odkrywca, Joseph-Louis Lagrange, był jedną z najwybitniejszych postaci w historii matematyki). Na zamieszczonym rysunku oznaczono je symbolami L1-L5. Leżące na jednej prostej ze Słońcem i planetą punkty L1, L2 i L3 są niestabilne: umieszczoną w nich planetoidę wystarczy lekko trącić, by się od nich bezpowrotnie oddaliła. Zupełnie inaczej zachowa się planetoida umieszczona w jednym z pozostałych punktów Lagrange'a: wytrącona zeń, będzie go obiegała po orbicie o kształcie przypominającym łezkę lub kijankę (tadpole orbit). W terminologii fachowej określa się to, stwierdzając, iż L4 i L5 są punktami stabilnymi. Punkty te znajdują się w wierzchołkach dwóch trójkątów równobocznych, których wspólną podstawą jest odcinek Słońce-planeta.

Po odpowiednim zwiększeniu prędkości planetoid krążących wokół L4 i L5 stwierdzimy, że ich orbity zlewają się ze sobą w punkcie L3. Powstała w ten sposób wspólna orbita, otaczająca L3 i oba stabilne punkty Lagrange'a, ma kształt podkowy (horseshoe orbit). Na wewnętrznym brzegu podkowy planetoida porusza się wokół Słońca szybciej niż planeta. Zbliżywszy się do planety, zatacza łuk wokół L4 lub L5 i przenosi się na zewnętrzny brzeg podkowy, po którym porusza się wokół Słońca wolniej niż planeta. W sąsiedztwie planety zachowuje się więc tak, jakby była od niej odpychana.

Planetoida, która wykonuje takie ruchy, istnieje naprawdę. Ma średnicę 5 km, nosi nazwę Cruithne i raz na 770 lat zakreśla pełną podkowę wokół punktów L4, L3 oraz L5 w układzie Słońce-Ziemia. Co 385 lat osiąga minimalną odległość od Ziemi, zbliżając się do nas na 15 mln km. Tym, co utrzymuje ją na tej dziwacznej orbicie, jest skomplikowana kombinacja sił grawitacyjnych Słońca i Ziemi oraz siły odśrodkowej i siły Corliolisa. Te same siły rządzą ruchami Księżyca (wydaje się to nieprawdopodobne, ale Księżyc jest przyciągany przez Słońce silniej niż przez Ziemię!). Nie ma więc żadnych formalnych przeszkód, by uznać Cruithne za drugiego naturalnego satelitę naszej planety.