목성 트로이군

3. 분포 및 개수

목성 트로이군의 총 개수에 대한 초기 추정치는 제한된 하늘 영역에 대한 심층 조사를 기반으로 했다. 2000년대 초반의 추정에 따르면, L₄ 군집에는 지름이 2km보다 큰 소행성이 16만 개에서 24만 개 사이, 지름이 1km보다 큰 소행성이 약 60만 개 있는 것으로 추정되었다. L₅ 군집에도 비슷한 수의 천체가 존재한다고 가정하면, 1km 이상의 목성 트로이군은 100만 개 이상이다. 절대 등급 9.0보다 밝은 천체의 경우, 개체수가 거의 완전할 것이다. 이 수치는 소행성대에서 비슷한 소행성의 수치와 유사하다. 목성 트로이군의 총 질량은 지구 질량의 0.0001배, 즉 소행성대 질량의 5분의 1로 추정되었다.

하지만 2000년대 후반의 두 연구는 이러한 추정치가 목성 트로이군의 수를 과대평가했을 가능성을 제기했다. 이는 모든 목성 트로이군이 약 0.04의 낮은 알베도를 가진다는 가정과 하늘에서 목성 트로이군의 분포에 대한 잘못된 가정 때문이었다. 작은 천체는 평균 알베도가 0.12까지 더 높을 수 있다.

새로운 추정치에 따르면, 지름 2km 이상인 목성 트로이군의 총 수는 L₄ 군집에 6,300 ± 1,000개, L₅ 군집에 3,400 ± 500개이다. 작은 목성 트로이군이 큰 것보다 더 반사율이 높다면 이 수는 2배 감소할 수 있다.

L₄ 군집에서 관측된 목성 트로이군의 수가 L₅ 군집보다 약간 더 많은데, 이는 관측 편향 때문일 가능성이 높다. 가장 밝은 목성 트로이군은 두 군집 사이에서 수에 큰 변화를 보이지 않기 때문이다. 일부 모델에서는 L₄ 군집이 L₅ 군집보다 약간 더 안정적일 수 있다고 제시한다.

가장 큰 목성 트로이군은 624 헥토르로, 평균 지름은 203 ± 3.6 km이다. 전체 개체수에 비해 큰 목성 트로이군은 거의 없다. 크기가 작아질수록 목성 트로이군의 수는 소행성대보다 훨씬 더 빠르게 84 km까지 증가한다. 지름 84 km는 알베도 0.04를 가정할 때 절대 등급 9.5에 해당한다. 4.4–40 km 범위 내에서 목성 트로이군의 크기 분포는 소행성대 소행성의 분포와 유사하다. 더 작은 목성 트로이군의 질량에 대해서는 알려진 바가 없다. 크기 분포는 더 작은 트로이군이 더 큰 목성 트로이군 간의 충돌로 생성되었을 수 있음을 시사한다.

3. 1. 과대평가 가능성 및 새로운 추정

4. 궤도

목성 트로이군은 목성과의 일정한 간격을 유지하지 않는다. 이들은 각 평형점 주위를 천천히 진동하며, 주기적으로 목성에 더 가까워지거나 멀어진다. 목성 트로이군은 일반적으로 라그랑주점 주변에서 올챙이 궤도라고 불리는 경로를 따르며, 진동의 평균 주기는 약 150년이다. (목성 궤도를 따라) 진동의 진폭은 0.6°에서 88°까지 다양하며, 평균은 약 33°이다. 시뮬레이션에 따르면 목성 트로이군은 한 라그랑주점에서 다른 라그랑주점으로 이동할 때 훨씬 더 복잡한 궤적을 따를 수 있으며, 이를 말굽 궤도라고 한다.

4. 1. 동역학적 군집과 쌍성

5. 물리적 특성

목성 트로이군은 불규칙한 모양의 어두운 천체이다. 이들의 기하학적 알베도는 일반적으로 3~10% 사이이다. 57km보다 큰 천체의 평균값은 0.056±0.003이고, 25km보다 작은 천체의 경우 0.121±0.003 (R-대역)이다. 소행성 4709 엔노모스는 알려진 모든 목성 트로이군 중에서 가장 높은 알베도(0.18)를 가지고 있다. 목성 트로이군의 질량, 화학적 조성, 자전 또는 기타 물리적 특성에 대해서는 알려진 바가 거의 없다.

5. 1. 자전

5. 2. 구성 성분

6. 기원 및 진화

목성 트로이군의 기원과 진화를 설명하기 위해 두 가지 주요 이론이 제시되었다. 첫 번째 이론은 목성 트로이군이 태양계의 목성과 같은 부분에서 형성되었으며, 목성이 형성되는 동안 궤도에 진입했다는 것이다. 목성의 마지막 형성 단계는 원시 행성 원반에서 많은 양의 수소와 헬륨을 축적하여 질량이 급격히 증가하는 과정이었으며, 이 과정에서 목성과 거의 같은 궤도를 가진 미행성체들이 증가한 행성의 중력에 의해 포획되었다. 이 가설은 포획된 천체의 수가 관측된 목성 트로이군 개체수보다 4 차수 이상 많고, 현재 목성 트로이군 소행성이 포획 모델이 예측하는 것보다 더 큰 궤도 경사각을 가진다는 문제점이 있다. 또한, 이 시나리오의 시뮬레이션 결과는 토성에 유사한 트로이군의 생성을 억제하는데, 이는 토성 근처에서 트로이군이 발견되지 않았다는 관측 결과와 일치한다.^[14]

두 번째 이론은 니스 모형에서 설명된 거대 행성의 이동 과정에서 목성 트로이군이 포획되었다고 주장한다. 니스 모형에서 거대 행성의 궤도는 태양계 형성 후 5억~6억 년 후에 목성과 토성이 1:2 평균 궤도 공명을 교차하면서 불안정해졌다. 행성 간의 만남은 천왕성과 해왕성이 원시 카이퍼 벨트 밖으로 흩어지게 하여 이를 파괴하고 수백만 개의 천체를 안쪽으로 던지는 결과를 낳았다. 목성과 토성이 1:2 공명에 가까워지자 기존의 목성 트로이군의 궤도는 불안정해졌고, 천왕성과 해왕성이 흩뿌린 수많은 천체의 일부가 이 영역에 진입하여 목성과 토성의 궤도가 분리되면서 포획될 수 있었다.^[16]

점핑-목성 시나리오를 포함한 니스 모형의 개정판에서는 목성이 불안정성 동안 얼음 거인과 만날 때 목성 트로이군이 포획된다. 얼음 거인 중 하나(천왕성, 해왕성 또는 사라진 다섯 번째 행성)가 목성 횡단 궤도로 흩뿌려지고 목성에 의해 바깥쪽으로 흩뿌려져 목성과 토성의 궤도가 빠르게 분리된다. 목성의 반장축이 이러한 만남 동안 점프하면 기존의 목성 트로이군은 탈출할 수 있으며 목성의 새로운 반장축과 유사한 반장축을 가진 새로운 천체가 포획된다.^[17]

목성 트로이군의 장기적인 미래는 목성과 토성과의 여러 약한 공명으로 인해 시간이 지남에 따라 혼란스러운 양상을 보이기 때문에 불확실하다. 충돌에 의한 파괴는 파편이 방출되면서 목성 트로이군 개체수를 천천히 감소시킨다. 방출된 목성 트로이군은 목성의 임시 위성 또는 목성족 혜성이 될 수 있다. 시뮬레이션에 따르면 목성 트로이군의 최대 17%의 궤도가 태양계의 나이 동안 불안정하다.^[18] 탈출한 목성 트로이군 중 일부는 태양에 접근하여 표면 얼음이 증발하기 시작하면서 목성족 혜성이 될 수 있으며,^[19] 지름이 1 km 이상인 방출된 목성 트로이군 중 약 200개 정도는 지구 횡단 궤도에 있을 수 있다.^[19]

7. 탐사

2017년 1월 4일, 미국 항공 우주국(NASA)은 차기 디스커버리 프로그램 임무 2개 중 하나로 ''루시''를 선정했다고 발표했다.^[20] ''루시''는 목성 트로이군 7개를 탐사할 예정이다.^[21] 이 우주선은 2021년 10월 16일에 발사되었으며,^[40] 두 번의 지구 중력 보조와 소행성대 소행성 통과 후 2027년에 L4 트로이군에 도착할 예정이다. 이후 지구 근처로 돌아와 중력 보조를 받아 L5 트로이군으로 이동하여 617 파트로클루스를 방문할 예정이다.^[22]

우주항공연구개발기구(JAXA) 우주과학연구소 (ISAS)는 2020년대에 실시할 대형 미션(전략적 중형 계획)의 후보 중 하나로 솔라 세일을 이용한 트로이군 탐사 계획 OKEANOS를 검토하고 있다.

참조

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