Могут ли две планеты находиться на одной орбите?

Здравствуйте! Скажите пожалуйста, могут ли две планеты вращаться вокруг звезды на одной орбите, но по разную сторону от звезды, как например в серии романов Джона Нормана о планете «Гор»? Проверяли ли учёные на возможное наличие планеты по другую сторону от Солнца?

Давайте разбираться. Прежде всего вспомним что такое планета. Согласно определению, принятом в 2006-м году Международным Астрономическим Союзом планетой является:

• тело обращающееся вокруг Солнца по круговой орбите
• принявшее под влиянием собственной гравитации сферическую форму
• очистившее окрестности своей орбиты от сколько-нибудь значительных небесных тел

Уже из этого определения ясно, что двух планет на одной орбите быть не может иначе они перестанут удовлетворять определению того, что такое планета. Но леший с ними, с определениями. Не будем заниматься буквоедством и рассмотрим вопрос по существу.

Точки Лагранжа

В системе «звезда-планета» на орбите планеты существуют так называемы точки Лагранжа. В этих точках притяжение звезды и планеты, и центробежные силы уравновешивают друг-друга. Точки L1, L2 и L3 лежат на линии соединяющей две массы и поэтому являются неустойчивыми к малым пертурбациям — объекты в этих точках не могут иметь стабильной орбиты.

А вот точки L4 и L5 – это островки стабильности на орбите. Если поместить в такую точку объект, с пренебрежительно малой массой по сравнению со звездой и планетой, то объект сможет находиться в этой точке неопределённо долго. Он станет вращаться вокруг звезды по той же орбите, что и планета на постоянном расстоянии от планеты.

Точки Лагранжа на орбите Земли активно используются — они являются замечательным местом для «парковки» исследовательских аппаратов. Так недавно запущенный отечественный телескоп «Спектр-РГ» отправился к точке Лагранжа L2, а в следующем году туда же планируют запустить телескоп James Webb, который должен прийти на смену Хабблу.

Объекты в точках Лагранжа могут возникнуть и естественным путём. Так у Юпитера есть две группы астероидов, вращающихся вокруг Солнца по той же орбите, что и Юпитер. Находятся они в окрестностях точек Лагранжа L4 и L5. Называют их «троянcкие» и «ахейские» астероиды. Подобные астероиды есть и у других планет: Марса, Нептуна, Урана. Один троянский астероид есть даже у Земли, в районе точки Лагранжа L4.

Что же с планетами?

Как мы выяснили небольшие тела — масса которых очень мала по сравнению с массой планеты и звезды могут находиться на одной орбите с планетой, чему полно примеров в нашей же Солнечной системе.

А что же с планетами? Что если в точку Лагранжа поместить не маленький астероид, а такую же по массе планету? Увы, в этом случае расчёты показывают, что орбиты таких планет будут нестабильны и рано или поздно они либо столкнутся, либо одну из планет выбросит с орбиты.

Орбиты планет на одной орбите могут быть квазистабильны, т.е. они могут вращаться вокруг звезды по одной орбите довольно долго — миллионы, в некоторых случаях даже миллиарды лет, но в долгосрочной перспективе на орбите останется только одна планета.

Согласно современным научным представлениям на заре существования Солнечной системы на орбите Земли было еще одно со-орбитальное ей тело — планета размером с Марс, которой дали название Тейя. Именно в результате столкновения Тейи с прото-Землей образовалась наша Луна.

Что там на другой стороне?

Упоминавшаяся в вопросе читателя планета Гор является фантастикой. А в от среди конспирологов, уфологов, любителей паранормального и т.п. и распространена антинаучная гипотеза, о т.н. планете Глория — двойнике Земли якобы находящейся по другую сторону от Солнца.

К сожалению для конспирологов, эта область пространства не раз была сфотографирована различными космическими аппаратами. Вполне ожидаемо там ничего не было обнаружено.

Заключение

Таким образом, две сравнимые по размерам планеты могут находиться на одной орбите, но эта орбита не будет стабильной в долгосрочной перспективе и всё закончится либо столкновением, либо выбрасыванием одной из планет с орбиты. Наиболее вероятны подобные ситуации на ранних стадиях формирования планетных систем. Чем старше планетная система тем менее вероятно увидеть в ней нечто подобное.

Источники:

1. F. Marzari, H. Scholl, C. Murray, C. Lagerkvist Origin and Evolution of Trojan Asteroids

Авторы: кандидат технических наук Александр Петров, астрофизик Фёдор Карасенко