什么是“特洛伊小行星”？露西号探测器将揭开它们的神秘面纱！

行星的轨道上一定就没有其他天体了吗？之前我们说过，冥王星被踢出太阳系大行星的队伍，主要就是因为行星定义中有这么一条：已清空其轨道附近区域。而冥王星位于柯伊伯带，那里除了有大量的小行星，彗星外，还有不少个头与之相当的其他矮行星。

冥王星正是因为这一条被除了名。按照我们通常的理解，太阳系这些大行星轨道上，肯定是干干净净的了。但其实不然，就拿最具代表性的木星来说，它的轨道上其实就一直有大量的小行星存在。目前观测到的，就有上千颗。

据推测，它的总数甚至可能和整个小行星带在内的小行星数量不相上下。按理说，像木星这么大的质量，引力是非常强的，它就像一块大磁铁，所到之处的小铁屑，应该都会被吸走才对。

就算不能成为木星的一部分，至少也应该变成它的卫星，怎么会有这么多的漏网之鱼呢。既然这些小行星能够长期稳定的和木星共轨，只有一个可能，就是它们和木星的公转周期一致，这需要它们处于非常特殊的位置上。

没错，就是拉格朗日点。我们知道，三体问题是个无法精确求解的问题。除了一些极为特殊的情况，比如说拉格朗日这五个点，假如已经有两个天体在稳定绕行，就像木星围绕太阳转着。

这时候如果有第三个小质量天体加入进来，它只要位于这几个拉格朗日点上，那么它所受到的引力和力的方向会指向系统的共同质心。如果此时它在以特定的速度运动，也就是保持公转周期和木星相当，那么它所受到的引力合力就正好会充当向心力。

于是，这三个天体基本上就可以保持相对静止的稳定状态。目前，韦伯望远镜所在的就是这样一个位置。不过和韦伯望远镜所在位置不同的是，韦伯位于的是日地拉格朗日点，而这些小行星位于的是日木的拉格朗日点。

其次，韦伯所在的是拉格朗日L2点，在地球轨道外侧。而这些小行星位于L4和L五点附近，它们就在木星的轨道上，所以行星定义中“已清空其轨道附近区域”这条，天文学家对其中清除给了更详细的定义。

对于这些小行星等天体，大行星除了把它们完全吸收以外，还可以把它们变成自己的卫星，或者是让它们围绕拉格朗日点公转即可。对于最后这种围绕拉格朗日点公转且长期稳定运行的小行星，人们称其为特洛伊小行星。

如果木星这类大行星是太阳形成时留下来的边角料，那么特洛伊小行星很可能就是这些边角料的边角料。不过它们究竟是木星形成时留下的，还是被木星引力所捕获的，目前还不好说。如果能对这些小行星进行研究，或许将帮助我们更加了解太阳系的形成和演化。

2021年10月16日，NASA的“露西号”探测器成功发射。露西号任务是人类首个特洛伊小行星探测任务。在接下来的12年里，露西号将先后造访八个不同的小行星，其中还有一个是小行星的卫星。

没错，小行星也可以拥有自己的卫星。由于露西号任务属于NASA发现系列的小任务，预算非常有限，所以没法像旅行者和那些深空探测器一样采用核能供电。但是它的目的地又是木星轨道，距离太阳非常遥远，所以NASA只能想办法给它加装巨大的太阳能板。

除了能源上的考虑外，科学家对它的飞行轨道也要进行精心设计。要想达到木星轨道，中间必然需要穿过小行星带。既然来都来了，所以露西号造访的第一个目标其实是小行星带中的一颗小行星。此后它将离开小行星带，继续向外太阳系飞去。

预计2027年到达木星轨道。最后它会花一年左右的时间先后造访L4这里的四颗特洛伊小行星以及一颗卫星。但接下来的目标位于L5位置，那要怎么过去最方便呢？没错，从“操场”中间穿过去，所以露西号会先离开木星轨道，飞回内太阳系。

然后路过地球的时候，顺带再借个引力弹弓加速，等再次到达木星轨道时，刚好进入L5范围。露西号任务预计需要花费12年的时间，但由于是太阳能供电，所以只要它的健康状况够好，未来它将会长年在太阳系内这么穿梭。

除了木星有自己的特洛伊小行星外，海王星、火星、包括地球都有自己的特洛伊小行星，但是数量上有差异。像是最外面的海王星。虽然目前我们能观测到的数量的有限，但是据估算，它轨道上的特洛伊小行星的数量要比木星多得多，甚至要高一个数量级。

而在内太阳系的火星和地球轨道上的特洛伊小行星相对就少得多。比如说地球，一直到2010年，天文学家才发现第一颗地球特洛伊小行星－2010TK7。这颗小行星直径大约只有300米，目前位于拉格朗日L4点附近，距离地球至少有地月距离的50倍。

虽然特洛伊小行星相对来说运行稳定，长期和大行星共轨运行。但实际上，它们并不是和大行星相对静止，而是一直在大的轨道上沿着自己的晕轨道震荡，而且这个晕轨道也一直在变化。

有时候会变得非常大，以至于它会运动到太阳的背面，接近L3点的位置。甚至有研究认为，在很久以前，它可能还位于位于L5的位置，后来通过L3点运动到了现在的L4点位置。总之，它的运动仍然具有混沌特征。它将来会跑到哪，谁也说不准。

不过现阶段，它一直在L4和L3这两个拉格朗日点之间来回移动，一个周期大概是400年。除了2010TK7，2020年12月，天文学家发现了第二颗地球特洛伊小行星。最近发表于《自然通讯》的一篇文章，证实了这一发现。

这颗小星星位于日地拉格朗日L4点。不过数据显示，它是一个临时特洛伊小行星，它先前应该是被地球引力捕获来的，将来还会离开地球轨道，不过也没有那么快。至少在接下来的4000年里，它应该一直都和地球公轨。

地球的特洛伊小行星目前只发现了这两个。为什么地球轨道上的这么少呢？抛开地球本身质量远小于木星这种巨行星的原因外，观察角度也是其中的一个原因。从地球的视角来看，因为太阳这个远光灯的存在，L4和L5方向的小行星很难被发现。

那这次是怎么发现的呢？主要是时机的把握，也就是利用日出前和日落后那一小段时间。那还有其他办法吗？除了地面观测外，天文学家还可以通过位于太空的探测器来寻找。之前有些探测器已经到访过L4和L5区域，不过它们并没有发现新的特洛伊球小行星。

虽然没有发现，但是先前的探测对于今后的搜寻工作来说也是有帮助，至少缩小了一定的搜寻范围。