Удивительная Солнечная система

Почему Земля за миллиарды лет своего существования не захватила в свой гравитационный плен никакой астероид, пусть небольшой? Нет никаких причин, почему это не могло бы случиться, ведь принятая в астрономии условная сфера притяжения Земли довольно велика: миллион километров. Однако почему же в пределах лунной орбиты не обнаружено никаких естественных тел крупнее 5 м, да и на большем отдалении вокруг Земли не обращается ничего заметного?

Причина, как легко догадаться, в Луне, а также в Солнце и планетах. Система «Луна – Земля – Солнце» относительно стабильна, хотя и в ней происходит медленный дрейф орбит; добавление же в систему еще одного тела не приведет ни к чему хорошему. Если бы Земля находилась далеко от Солнца, это стало бы возможным: орбита «лишнего» тела могла бы понемногу эволюционировать, пока не вошла бы с Луной в орбитальный резонанс, обретя тем самым устойчивость. Но гравитационное влияние Солнца и планет гасит эти попытки в зародыше.

Например, среди околоземных астероидов (речь о них пойдет ниже) существует тело с обозначением 2002 АА₂₀, которое описывает вокруг Солнца почти точный круг с радиусом, равным среднему радиусу земной орбиты. К счастью, плоскость его орбиты наклонена относительно эклиптики на 10°. В 2003 году это тело подошло к Земле на 4,5 млн км со стороны, опережающей наше орбитальное движение. Затем оно с каждым витком вокруг Солнца начало удаляться от нас, чтобы через 95 лет догнать Землю с противоположной стороны, ускориться ее притяжением и двинуться в обратном направлении.

Расчеты показали, что в определенных условиях этот астероид все-таки может приблизиться к Земле настолько, что станет ее спутником, правда, очень ненадолго. Лет через 50 он будет выброшен из сферы притяжения Земли и вновь начнет свой странный орбитальный танец. Возможно, подобные «захваты» уже имели место, а ближайшее подобное событие может произойти (но не обязательно произойдет) примерно через 600 лет.

Такие танцы – лишь одно из проявлений орбитальных резонансов в Солнечной системе. Их множество. В данном случае речь шла скорее о квазирезонансном явлении, но существуют и совершенно четкие резонансы. Простейший из них наблюдается, например, в системе «Плутон – Харон», когда спутник не просто повернут к Плутону одной стороной, но и период его обращения в точности равен периоду вращения главного тела системы, то есть оба тела движутся как бы связанные жестким стержнем. До такого состояния тела доходят постепенно, начиная с синхронизации вращения спутника. Такова наша Луна, стремящаяся к резонансу и пока не достигшая его, но уже повернутая к Земле одной стороной. Таковы же Фобос, Титан, Энцелад и ряд других спутников.

Но к резонансам стремятся и движения внутренних планет!

Выше было сказано, что период вращения и период обращения Меркурия связаны строгим соотношением 2:3. Это тоже резонанс. Хорошо известно, что прохождение Меркурия по диску Солнца случается через 7 и 13 лет, а иногда через 33 года. Именно эти числа, никаких других. Прохождения же Венеры по солнечному диску чередуются через 8 и 235 лет. Предыдущее прохождение было 8 июля 2004 года, ближайшее случится 5 июня 2012 года, после чего придется ждать аж 235 лет. Легко видеть, что движения по меньшей мере трех планет (Меркурия, Венеры и Земли) в некоторой степени синхронизированы. При малости гравитационного влияния внутренних планет друг на друга до достижения такого «гармоничного» результата должно было пройти не просто много, а очень много времени.

Конечно, это еще не настоящие резонансные орбиты. Настоящие резонансы демонстрируют некоторые астероиды и некоторые спутники гигантских планет.

Одно лишь перечисление резонансов может занять много страниц. К примеру, спутники Юпитера Ио, Европа и Ганимед находятся в резонансе 1:2:4. Кстати, все галилеевы спутники повернуты к Юпитеру одной стороной.

Спутники Плутона находятся в резонансе 2:3:12.

Некоторые резонансные явления вызывают неустойчивость. Так, например, деление Кассини в кольце Сатурна обязано своему существованию орбитальному резонансу с Мимасом.

Юпитер и Сатурн находятся почти в точном резонансе 2:5.

Бывает и так, что два мелких спутника большой планеты обращаются вокруг нее по одной орбите, при этом находясь строго в противоположных ее точках. Такое явление отмечено, например, в системе Сатурна. Иначе, чем резонансом, такое явление объяснить нельзя. В противном случае было бы достаточно сколь угодно малого изменения орбитальной скорости одного из спутников, чтобы вся эта идиллическая гармония разрушилась.