大量的特洛伊小行星，为何会在木星周围？“露西”任务如何探测？

#太阳系 25 个 #小行星 2 个 #木星 5 个

木星是太阳系中体积最大、同时也是质量最大的行星。它的英文名字Jupiter是罗马神话中的众神之王，科学家们用这个名称，来表达人类对木星巨大“身姿”的无比敬畏。木星以其强大的引力，吸引着周边大量“随从人员”，紧紧地追随着它的脚步，这里面既包括已知的67颗卫星、微弱且布满星际尘埃的木星环、两群在行星轨道上前后运行的小行星，同时也包括“特洛伊小行星”。

近几十年来，人类围绕木星探测发射了诸多探测器，既有专门以木星探测为目标的伽利略号和朱诺号，同时也有不少过客，比如卡西尼号、先驱者10号、旅行者1号、“尤利西斯”号、新地平线号、先驱者11号和旅行者2号，但是，这众多的探测器，即便对木星和它的卫星进行了越来越深入的探测活动，但是对于“特洛伊小行星”却知之甚少。目前，科学家们对于“特洛伊木马”小行星的研究，几乎都是通过在地面和轨道上的天文望远镜来实现的。

不过，这种局面马上就要改变了。先前美国NASA批准的一项新的太空探索任务，即“露西”计划，已经于10月份启动实施，发射的探测器将对主带小行星内的六颗不同的木星特洛伊小行星进行探测，这个计划势必会极大改变我们对于这些历史极长小型天体的理解，从而可能会为深入认知太阳系早期的演化理论提供第一手资料。

拉格朗日点

对于一个“三体”系统来说，一个质量较小的天体，在两个较大质量天体的引力作用下，在空间中的某些点的位置，小天体相对于两个大天体，会保持相当稳定的空间位置状态。两个大天体之间的引力提供了足够的离心力，使较小的天体与它们一起绕着轨道运行。两个大天体周围满足这样条件的点，被科学家们命名为拉格朗日点，又称为“平动点”、“甜蜜点”。

对于这样的“三体”系统来说，满足条件的拉格朗日点一共有5个。L1、L2 和 L3三个点落在穿过两个大质量天体的直线上。其中，L1位于两个大天体之间；L2位于两者质量较小天体的外侧；L3为两者质量较大天体的外侧。这三个点相对于L4和L5来说，属于不稳定的区域，在受到外界“轻微”的引力作用，都会将处在这些点上的物体弹出轨道。

而L4 和 L5 是在两个大质量天体的平面内，所绘制的两个等边三角形的第三个点，这两个点通常都很稳定。三角形的底边是两个大天体之间的连线，比如太阳和木星。

木星的特洛伊小行星

在木星的周围，特别是在领先和落后的拉格朗日点处，是特洛伊小行星存在的理想“家园”。这些由早期太阳系物质所形成的小天体，与木星一样也围绕太阳公转，公转的半长轴与木星几乎相同。

当它们围绕太阳运行时，木星强大的引力使小行星加速或者减速，从而表现为不断地重复或者远离木星的状态，最终的结果是在L4和L5的两个拉格朗日点周围进行振荡，从而在L4和L5附近形成了两个细长的区域，这个区域内的小天体集合，被统称为木星的“特洛伊木马”。

许多木星的特洛伊木马呈现出较大的轨道倾角，基本上都要比木星的公转倾角还要大，有的甚至还达到了40度左右。不过，无论是这些小天体怎么运动、轨道倾角有多大，还是在木星和太阳共同的引力作用下，“乖乖”地处在木星轨道上的这两个“甜蜜点”，静静地陪伴着木星。

“露西”探测计划

大约 320 万年前，在今天埃塞俄比亚的阿瓦什河谷，一只类似猿的小生物死亡。数百万年来，岩石、泥土和火山灰一层一层地覆盖着她的遗骸。1974 年，由唐纳德·约翰森领导的一组古人类学家发现了这个动物的部分骨骼化石。通过研究，发现这是一名雌性南方古猿，可能是历史上最著名的古人类化石，人们将她称为“露西”，并把她视为“人类的祖母”。

现在，近距离探测木星周围的“特洛伊小行星”这项任务，科学家们将其冠以“露西”之名，正好表达了人类现在寻找的是太阳系起源，并同时表达到达那里是多么地充满艰辛。

露西探测器要比之前发射的很多探测器都要先进，比如它拥有火星奥德赛轨道飞行器的大小、物理特征和结构，拥有来自 OSIRIS-REx 的所有最新一代航天器系统，还有类似洞察号的火星着陆器等设备。探测器的长度约为3.5米，如果完全部署并展开其两个圆形太阳能电池板后，它的直径尺寸将拓展到13.5米。它的动力采用“双模式推进系统”，在主要燃烧推进阶段，使用氧化剂和肼作为燃料，而在进行飞行姿态调整和位置保持时，则只使用肼作为燃料来进行。

露西探测器已经于去年的10月16日发射，预计2022年10月和2024年12月两次飞越地球，借助引力弹弓效应，冲过小行星带向着木星L4区域的特洛伊小行星阵地行进。预计2027年8月会到达第一个既定的特洛伊木马目标 Eurybates，随后会对L4区域的其它几个“木马”进行探测。预计2030 年 12 月，露西将重返地球，然后依托引力弹弓效应调整到向木星的L5区域进发，预计2033年3月份与这里的特洛伊小行星进行最后一次遭遇。

露西探测器在接近这些小行星时，会收集它们的“特洛伊”特征，比如表面的成分、质地以及内部结构等数据。探测器上面的三台主要设备在这个过程中，将会发挥重要作用。其中，LORRI 是一种高分辨率可见光成像仪，是露西在新视野号上的远程侦察成像仪的版本；L'Ralph 望远镜是一种彩色光学 CCD 成像器和红外光谱映射器；热发射光谱仪 (TES) 是 OSIRIS-REx 仪器的升级版。

届时，历经千辛万苦的“露西”探测器，将会以全新的姿态、全新的视野和近距离的侦测，给我们呈现出太阳系、木星以及“特洛伊”小行星的许多奥秘。

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