Сколько естественных спутников у Земли? Любой школьник ответит, что один - Луна. Совсем недавно, однако, астрофизики из Франции, Финляндии и США замахнулись на эту непреложную истину и - пока, правда, теоретически - показали, что спутников как минимум два, причем второй временный и сменяется примерно каждые 10 месяцев.
В начале августа 2011 года в Nature появилась статья, авторы которой предполагали, что у Земли в далеком прошлом, то есть примерно 4,6 миллиарда лет назад, было две Луны. Согласно современным представлениям, земной спутник образовался в результате столкновения Земли с планетой Тейей размером примерно с Марс. Эта планета выбила значительный кусок земной коры, который, однако, остался на орбите, застыл и превратился в Луну. У этой теории, как у любой другой, есть несколько недостатков, один из которых - неравномерное строение нашего естественного спутника.
Если быть точным, то обращенная к Земле сторона имеет, за исключением кратеров, сравнительно ровный рельеф, в котором доминируют лавовые равнины. Обратная же сторона отличается кардинально - она покрыта горами и долинами, а кора спутника на его обратной стороне толще на 50 километров и содержит больше калия, фосфора и редких элементов. У ученых есть несколько вариантов объяснений этих драматических различий. Согласно одному, например, все дело в приливных силах Земли, которые во время хитрого изменения орбиты земного спутника и вызвали образование гор (pdf). Согласно другому - во всем виноваты метеориты.
Так вот, гипотеза о второй Луне и позволяла относительно естественно решить вопрос с рельефом: на первом этапе образовались две луны, одна из которых потом врезалась в другую. Сделала она это на относительно небольшой скорости, поэтому ученые в шутку прозвали свою гипотезу "большим шлепком". Как бы то ни было, но в далеком прошлом у Земли, вероятно, было две Луны.
Новая работа, поданная в Icarus, конечно, о другом (pdf), но объединяет их идея наличия у планеты еще одного спутника. В своей статье ученые из Франции, Финляндии и США, если говорить глобально, изучали вопросы динамики небольших тел (астероидов) в системе Земля-Луна. Если чуть конкретнее, то ученые пытались ответить на несколько вопросов, касающихся тех тел, которые в течение достаточно длительного времени находятся под влиянием гравитации Земли (то есть, по сути, оказываются ее спутниками).
Причиной такого интереса стало открытие, сделанное в 2009 году. Дело в том, что в 2006 году в рамках обзора "Каталина" (Catalina Sky Survey) был зарегистрирован астероид, который получил название 2006 RH120. Оказалось, что этот объект является спутником Земли. Анализ отраженного излучения заставил ученых предположить, что спутник имеет антропогенное происхождение - на это также указывала орбита, которая была почти идентична орбите объекта J002E3, который, как считается, представляет собой третью ступень "Сатурна", выведшего в космос "Аполлон 12". Идентифицировать 2006 RH120, однако, не удалось.
Объект пробыл на орбите вокруг Земли с июля 2006 года по июль 2007 года, после чего, вероятно в поисках приключений, отправился в космическое пространство, а в 2009 году в Astronomy and Astrophysics появилась работа, в которой убедительно доказывалось, что целый год астрономы наблюдали уникальный объект - первый зарегистрированный временный спутник Земли. Этот факт был тем удивительнее, что вопросы, связанные с захватом временных спутников, например газовыми гигантами, изучены относительно хорошо, в то время как динамика таких объектов в системе Земля-Луна неизвестна вообще. Тем интереснее было ученым обнаружить такой объект.
В рамках новой работы исследователи искали ответы на разные естественные вопросы, касающиеся временных спутников. Например, какова в среднем стабильная популяция астероидов, вращающихся вокруг Земли? Как долго они пребывают на орбите и, наконец, какая часть из этих небесных тел падает на Луну или на Землю?
Делали они это стандартным сейчас образом - при помощи компьютера. Дело в том, что большинство уравнений, описывающих движение нескольких (больше двух, если быть точным) тел под воздействием гравитации не интегрируются, а изучать их как-то надо. Вот здесь на помощь ученым и приходят компьютеры (вместе с численными методами и статистикой).
В самом общем виде методология подобных работ выглядит так: сначала исследователи создают вполне себе детерминистскую (по модулю погрешностей в расчетах, вносимых самой машиной) модель изучаемой системы. Затем, случайным образом генерируют "тестовые" частицы с некоторыми начальными условиями. Модель несколько раз прогоняют, наблюдая за поведением частиц. После этого собранные данные анализируют статистически и делают некоторые выводы. В определенном смысле, компьютеры в такой схеме позволяют автоматизировать процесс формулирования гипотез, которые потом, впрочем, могут быть и опровергнуты.
Модель, которая изучалась в новой работе - это поведение небольших тел в окрестности системы Земля-Луна, а тестовые частицы - астероиды. Всего ученые прогнали модель для 9 346 396 100 тестовых астероидов. Из них 18 096 попали на временные орбиты вокруг Земли. При этом среднее время пребывания на орбите Земли составило 286 дней. Наконец из более чем 18 тысяч оставшихся на орбите объектов лишь 169 упали на Землю.
Статистика, построенная по такой модели, позволяет ученым сделать интересное заявление: в любой момент времени на орбите Земли присутствует как минимум один подобный спутник. Несмотря на то, что его диаметр составляет, скорее всего, всего несколько метров, его можно обнаружить существующими телескопами.
Главное, однако, даже не то, что предложенную учеными гипотезу вполне можно проверить. Такие временные спутники представляют собой прекрасных кандидатов для посылки к ним космических аппаратов - долететь до земного спутника много проще, чем гоняться за каким-нибудь астероидом по всей Солнечной системе, как это делают современные миссии. Сами ученые говорят, что при дальнейшем усовершенствовании системы мониторинга околоземного пространства "ловить" подобные объекты станет гораздо легче. Осталось только дождаться, когда люди смогут отправить еще одну миссию к луне. Правда, временной и второй.