Гіпотетичні природні супутники Землі

Болід

Перші гіпотези, що припускають існування інших небесних тіл, крім Місяця, що обертаються навколо Землі, були висунуті у XVIII столітті у зв'язку з дискусією про природу метеорів та болідів. У той час популярні були припущення пов'язані з земним походженням даних явищ: вибух горючих газів, атмосферна електрика, тощо. Однак, обчислення швидкості їх руху давало показники, які можна порівняти зі швидкістю руху Землі навколо Сонця, яка вже була відома вченим того часу. У зв'язку з цим були зроблені спроби пояснити появу даних тіл наявністю обертаючихся навколо Землі комет, які час від часу входять в атмосферу.

Дана теорія була запропонована Томасом Клепом, який з 1739 по 1766 роки був президентом Єльського коледжу. З огляду на те, що не були відомі випадки падіння болідів на Землю, і що інші небесні тіла знаходилися на дуже великій відстані від Землі, Клеп зробив висновок, що Земля є центральним тілом, навколо якого звертаються боліди. Обчисливши передбачувану орбіту одного з болідів, він отримав перигей 40 км і апогей 6440 км.

Дані ідеї отримали розвиток в самому початку XIX століття. У 1811 році Джон Фарлі писав що існує «майже нескінченне число сателітул, (або дуже маленьких супутників), що постійно обертаються навколо Землі у всіх можливих напрямках, і показуються лише на дуже короткий час, коли вони занурюються в верхні шари атмосфери при кожному проходженні перигею»[2].

Фредерік Пті (Frédéric Petit)

Перше примітне повідомлення про відкриття другого супутника Землі було зроблено французьким астрономом Фредеріком Пті (Frédéric Petit), директором Тулузької обсерваторії.

Пті займався спогляданням болідів, намагаючись вирахувати їх орбіти. Повідомлення про результати своїх спостережень він публікував у видаваному Академією наук журналі «Comptes rendus». Деякі з спостережуваних ним болідів за його обчисленням мали еліптичну орбіту, будучи таким чином, супутниками Землі:

• Болід, що спостерігався 5 січня 1837 року[3];
• Болід, що спостерігався 21 березня 1846 року з періодом 2 години 45 хвилин[4];
• Болід, що спостерігався 23 липня 1846 року з періодом 3 годині 24 хвилини[5].

Найбільшу популярність здобули повідомлення Пті, зроблені у 1846 році. Опис орбіти боліда від 21 березня 1846 року був заснований на спостереженнях Лебона, Дассьє (Тулуза) і Ларівьє (Артенак). Пті обчислив, що цей болід обертався навколо Землі по еліптичній орбіті з періодом 2 години 45 хвилин, апогеєм 3570 км і перигеем 114 км. Варто відзначити, що висота 114 км відповідає верхній межі стратосфери і в зв'язку з цим публікація була прокоментована Урбеном Леверье який вказав на необхідність брати до уваги опір атмосфери.

У 1851 році Леверьє опублікував в «Comptes Rendus» статтю, присвячену аналізу повідомлень Пті. Він зробив висновок про те, що результати Пті є недостатньо достовірними, так як тим не були прийняті до уваги похибки у вихідних даних, а також не враховано опір повітря. Леверье вважав, що визнання боліда супутником Землі є лише однією з можливих гіпотез, при чому практично неймовірною, враховуючи фізичні характеристики явища.

Хоча гіпотези Пті в цілому були відкинуті науковим товариством, вони згадувалися в популярній літературі. Так, Франсуа Араго в «Astronomie populaire» писав[6]:

Деякі астрономи стверджують, що боліди повинні вважатися супутниками нашої планети, так як вони рухаються навколо Землі з величезною швидкістю і можуть спостерігатися повторно. В останні роки Пті, директор Тулузької обсерваторії, з великим завзяттям намагався вирахувати орбіти болідів, відповідні згаданої гіпотези, і домігся успіху з деякою точністю.

Пті, кому ідеї про другий супутнику так і не дали спокою, в 1861 році опублікував ще одну статтю, в якій обґрунтовував його існування пертурбаціями в русі Місяця. Однак і ця гіпотеза не отримала визнання[7].

Повідомлення Вальтемата про відкриття другого супутника Землі

У 1898 році доктор Георг Вальтемат (Georg Waltemath), вчений з Гамбурга, повідомив, що він відкрив систему маленьких супутників, що обертаються навколо Землі. Хоча Вальтемат вказував на те, що супутник спостерігався раніше (в основному ці повідомлення були опубліковані в малодоступних джерелах), йому, мабуть, не було відомо про спостереження Пті.

Один з описаних Вальтематом супутників знаходився на відстані 1 030 000 км від Землі, мав діаметр 700 км і здійснював оборот навколо Землі за 119 днів (синодичний період становив 177 днів). Вказувалося також, що супутник відбиває недостатньо світла, щоб бути видимим неозброєним оком, проте в певні моменти часу він все ж видимий. Вальтемат зробив кілька прогнозів стосовно можливих моментів спостереження супутника. Посилаючись на спостереження, зроблені у 1881 році в Гренландії, він вказав, що «іноді він сяє в ночі як Сонце, але тільки протягом години або близько того»[8]. Вальтемат вважав, що його супутник раніше спостерігався Джованні Кассіні і Жаком Маральді, які прийняли його за сонячну пляму. Крім того, він посилався на спостереження супутника Венери в Сент-Неоте 1761 року, вважаючи, що і в цьому випадку спостерігався другий супутник Землі. Однак, аргументів на користь такої інтерпретації цих спостережень їм наведено не було. 

У лютому 1898 року, за обчисленнями Вальтемата, супутник повинен був пройти по диску Сонця. 4 лютого 1898 року службовці поштового відділення міста Грайфсвальда, спостерігаючи Сонце неозброєним оком, побачили темний об'єкт, діаметр якого становив приблизно 1/5 діаметра Сонця, що зробив проходження з 1:10 по 2:10 за берлінським часом. Однак у цей же час Сонце спостерігалося астрономами У. Вінклер (W. Winkler) з Єни та Іво фон Бенко (Ivo von Benko) з Пули (Австрія), які не побачили нічого, крім звичайних сонячних плям. 

Невдачі не послабили прагнення Вальтемата до пошуків нового супутника, і 20 липня 1898 він направив в журнал «Science» повідомлення про відкриття третього супутника, що знаходиться на відстані 427 250 км від Землі і має діаметр 746 км. Вальтемат назвав його «воістину бурхливим і магнетичним супутником» (нім. «Wahrhafter Wetter-und Magnet-Mond»). У журналі прокоментували це повідомлення таким чином: «Можливо, саме цей супутник керує божевіллям» (англ. «Perhaps it is also the moon presiding over lunacy»).

Вільям Пікерінг

Можливість наявності у Землі другого супутника вивчалася Вільямом Пикерингом. Для початку він вирахував, що супутник, який обертається на відстані 320 км від земної поверхні, що має діаметр 30 см і таку ж відображаючу здатність, як і Місяць, має бути видно в 3-дюймовий телескоп, а супутник діаметром 3 м буде видно неозброєним оком[7]. Пікерінг не займався пошуками додаткових супутників Землі, хоча з 1888 року він займався пошуками супутника Місяця[9]. Не виявивши таких супутників, він зробив висновок, що якщо вони й існують, то повинні бути діаметром менше 3 метрів[7]. Також 1923 року він опублікував статтю «Метеоритний супутник» (англ. A Meteoritic Satellite) в журналі «Popular Astronomy», що фактично містила звернений до астрономів-любителів заклик до пошуку маленьких природних супутників[10].

Клайд Вільям Томбо

Клайду Томбо (відкрив Плутон) Армією США був доручений пошук навколоземних астероїдів. У березні 1954 року був опублікований прес-реліз, в якому пояснювалася необхідність такого дослідження: вказувалося, що подібні супутники можуть зіграти роль свого роду перевалочних станцій для космічних кораблів[11]. Також їх виявлення було необхідно для того, щоб гарантувати відсутність помилкових спрацьовувань радарів, що відстежують космічні апарати. Фактично, це був перший систематичний пошук об'єктів в навколоземному просторі[7]. Методика пошуку передбачала використання фотокамери, налаштованої на стеження за об'єктом, що обертається навколо Землі на певній висоті. На одержаних знімках зірки будуть виглядати довгими лініями, а супутник, що знаходиться на даній висоті, буде видно як точку, а який має більш високу або низьку орбіту — як коротка лінія[7].

З даними пошуком пов'язана одна з «теорій змови». За словами уфолога Дональда Кіхо, який пізніше став директором Національного дослідницького комітету по повітряних феноменах, що посилався на джерела в Пентагоні, пошук був зроблений для виявлення двох об'єктів, що оберталися навколо Землі, виявлених радаром дальньої дії в середині 1953 року. Кіхо в травні 1954 заявив, що пошук був успішний і що один або обидва об'єкти були виявлені і мають штучну природу[12]. 23 серпня 1954 року журналом «Aviation Week» було опубліковано повідомлення, що два природних супутника були знайдені на відстані 400 і 600 кілометрів від Землі[13]. Однак, Томбо публічно заявив, що ніяких об'єктів виявлено не було.

У 1959 році Томбо представив остаточний висновок, в якому говорилося, що пошук не дав результатів: ніяких об'єктів яскравіше 12-14 зоряної величини виявлено не було[14].

В даний час активний пошук об'єктів в навколоземному просторі ведеться в рамках декількох проектів: Spaceguard, LINEAR, NEAT, LONEOS, огляд Каталіна і ін. Постійних супутників даними дослідженнями виявлено не було.

Астрологічний знак Ліліт

У 1918 році астролог Волтер Горнольд, також відомий як Сефаріель, заявив про те, що своїми спостереженнями підтвердив відкриття супутника Вальтемата. Він назвав супутник ім'ям Ліліт, першої дружини Адама в каббалістичній теорії. Сефаріель заявляв, що Ліліт є «темним» супутником, невидимим більшу частину часу, і що він сам зміг побачити його тільки в момент його проходження по диску Сонця[15]. Сефаріель вважав, що супутник має приблизно ту ж масу, що і Місяць, хоча це б призвело до суттєвих збурень в русі Місяця, які реально не спостерігаються[7].

У 1926 році журнал «Sirius» опублікував результати досліджень німецького астронома-любителя В. Шпілля, який заявив про спостереження 24 травня 1926 року другого супутника Землі при його проходженні по диску Місяця. Шпілль вказував, що супутник мав вигляд маленької темної кулі з видимим кутовим розміром 6", не схожої на метеор або повітряну кулю[16].

В кінці 1960-х років американський вчений Джон Багбі заявив про спостереження до десяти маленьких природних супутників Землі, які він вважав уламками якогось тіла, яке розвалилося в грудні 1955 року[17]. Він обчислив для них еліптичні орбіти з ексцентриситетом 0,498, великою піввіссю 14 065 км, що дає висоти перигею і апогею 680 і 14 700 км відповідно.

З теоретичної позиції можливість захоплення Землею тимчасових супутників шляхом гальмування метеорів в верхніх шарах атмосфери не виключена, хоча ймовірність такого захоплення досить мала (0,2%), а самі супутники є короткоживучими і практично не піддаються виявленню[18]. Однак, оскільки Багбі засновував свої обчислення на неточних даних про орбіти штучних супутників з Goddard Satellite Situation Report, а також з огляду на те, що в перигеї супутники Багбі повинні були мати першу зоряну величину і могли бути легко виявлені при спостереженні неозброєним оком, повідомлення не було прийнято всерйоз[7]. Багбі, тим не менш, не відмовився від ідеї пошуку додаткових супутників, публікуючи нові повідомлення про виявлення захоплених Землею небесних тіл невеликого розміру[19].

9 лютого 1913 року, в день святого Кирила, в Торонто спостерігався незвичайний метеорний потік: на відміну від інших метеоритних дощів, шляхи його метеорів не сходилися в одній точці (радіант).

Для потоку було запропоновано назву «Кириліди», так як через відсутність радіанта його не можна було назвати по якомусь сузір'ю і за аналогією з персеїдами, яких також називають «Сльозами святого Лаврентія» (за датою фестивалю святого Лаврентія, що припадає на найактивніший період метеорного потоку)[20].

Всі метеори потоку рухалися на південний схід. Звертали на себе увагу повільний рух метеорів (деякі з них могли спостерігатися протягом хвилини) і їх горизонтальний (а не зі зниженням) політ. Пізніше з'ясувалося, що метеори спостерігалися лише в місцевостях, що лежать на великій дузі, що починається в Торонто і кінчається в районі Бермудських островів[21].

На підставі даних спостережень були обчислені елементи орбіти метеорного потоку: період обертання 90 хвилин, нахил 51,6°, ексцентриситет 0, довгота спадного вузла -33° 20', час проходження спадного вузла 2:20 UTC, 10 лютого 1913[22]. Відповідно, одним з можливих пояснень цієї події є розпад в атмосфері досить великого об'єкта або групи об'єктів, які потрапили в гравітаційне поле Землі і були захоплені нею[21]. Ще одна гіпотеза припускає, що об'єкти потоку були спочатку викинуті місячним вулканом і утворювали кільце навколо Землі, подібне кільцям Сатурна, а метеорний потік був результатом входження в атмосферу залишків цього кільця[23].

Згенероване програмою Celestia зображення Землі з кільцями

У 1980 році в журналі «Nature» була опублікована стаття, автор якої, Джон О'Кіф із Goddard Space Flight Center, припустив, що 34 мільйони років тому у Землі могли існувати кільця, подібні кільцям Сатурна. О'Кіф пов'язав зменшення зимових температур в пізньому еоцені з випаданням великої кількості тектитів. Він припустив, що тектити і мікротектити, захоплені гравітаційним полем Землі, могли утворити кільце, стабільне протягом кількох мільйонів років. Затінення Землі кільцем могло призвести до глобального похолодання, з яким пов'язується вимирання багатьох видів морських організмів в пізньому Еоцені. На думку Пітера Фосетта ( Університет Нью-Мексико) і Марка Бослоу ( Sandia National Laboratories, Міністерство енергетики США), формування системи кілець, що складаються з речовини, викинутої при зіткненні комет і астероїдів із Землею, могло стати однією з причин глобального зледеніння[24].

Дослідження повідомлень про падіння метеоритів, спостереження болідів і метеорних дощів за період з 800 року до н. е. по 1750 рік н. е., проведене вченими Національного музею Данії, показало, що можна виділити 16 періодів збільшення числа подібних явищ. Автори дослідження пов'язують такі збільшення з розпадом захопленого Землею невеликого небесного тіла (комети або астероїда) в зоні Роша з подальшим утворенням кільця і випаданням його матеріалу у формі метеорів і метеоритів.

Не виключається наявність в даний час у Землі кілець, що складаються з невеликих пилинок, які через розмір складових їх частинок є неспостережуваними в оптичному діапазоні.

Розташування точок Лагранжа системи Земля — Місяць

Об'єкти, що рухаються по орбіті іншого небесного тіла в 60 ° попереду (в точці Лагранжа L4) або позаду (L5) нього, називаються «троянцями». У 1982 році була зроблена спроба пошуку супутників в околицях точок Лагранжа системи Земля — Місяць, а також точки L2 системи Земля — Сонце. В околиці точок L3 , L4 і L5 (Земля — Місяць) могли бути виявлені об'єкти 17-19-ї зоряної величини, в околиці точок L1 і L2 (Земля — Місяць) — 10-18-ї зоряної величини, в околиці точки L2 (Земля — Сонце) — 14-16-ї зоряної величини. Ніяких об'єктів виявлено не було[14].

Невдача цього пошуку може бути пов'язана з тим, що через припливне гальмування орбіта Місяця постійно розширюється. Хоча темпи такого розширення і малі, за проміжок часу в 10-100 мільйонів років орбіта розшириться настільки, що положення тіла в точці Лагранжа стане нестабільним. За однією з гіпотез, відмінність в будові зверненої до Землі і зворотної сторін Місяця пояснюється космічним зіткненням: одночасно з Місяцем в точці Лагранжа сформувався супутник діаметром близько 1200 км, через дестабілізацію його орбіти, міг зіткнутися з Місяцем на відносно невеликій швидкості, в результаті чого на зворотному боці Місяця з'явилася товста кора [25].

У жовтні 1956 року польським вченим Казімєжем Кордилевським спостерігалися розташовані в точках Лагранжа L4 і L5 системи Земля — Місяць сяючі області з кутовим розміром близько 2° і яскравістю приблизно в 2 рази меншою, ніж у протисяйво. У Березні та Квітні 1961 року Кордилевський зробив перші фотографії цих скупчень, які на той час змінили свою форму і розміри. У 1967 році спостереження Кордилевского були підтверджені американським вченим Дж. Уеслі Сімпсоном на обладнанні обсерваторії Койпера. Виявлені об'єкти отримали назву «Хмари Кордилевського». Серйозним підтвердженням існування цих хмар є результати, отримані Дж. Рочем в 1969-1970 роках на КА 080-6[26].

За даними Кордилевського, приблизна маса цих пилових хмар за космічними мірками досить незначна — маса кожного хмари складає всього близько 10 000 тон[27], поперечний розмір оцінюється в 10 000 км (за іншими джерелами [28] — до 40 000 км).

Через надзвичайно малу яскравість хмари її досить складно спостерігати з Землі, тому навіть сам факт їх існування заперечується деякими вченими[28]. Не були зафіксовані хмари і при спостереженні з космічних апаратів (Hiten)[29].

Орбіти Землі і квазісупутника Круїтні

При спостереженні із Землі здається, що Круїтні обертається навколо точки, що знаходиться поблизу неї, по підковоподібній орбіті (на схемі позначена жовтим кольором)

Хоча до теперішнього часу, крім Місяця, не було знайдено ніяких інших постійних супутників Землі, деякі типи навколоземних об'єктів знаходяться із Землею в орбітальному резонансі 1:1. Такі об'єкти називаються квазісупутниками. Квазісупутники обертаються навколо Сонця на тій же відстані, що і планета. Їх орбіти є нестабільними. Дані об'єкти протягом декількох тисяч років переходять до іншого резонансу або на інші орбіти[1]. У Землі є кілька квазісупутників: (3753) Круїтні, 2002 AA 29, (164 207) 2004 GU 9, (277810) 2006 FV 35, 2010 SO 16 та інші.

Круїтні, відкритий в 1986 році, обертається навколо Сонця по еліптичній орбіті, але при спостереженні із Землі здається, що він має підковоподібну орбіту[30].

14 вересня 2006 року було виявлено навколо Землі на приполярній орбіті об'єкт діаметром 5 метрів. Хоча спочатку вважалося, що це третій ступінь S-IVB ракети Saturn, що залишилася в космосі після місії Аполлон-12, пізніше було встановлено, що це астероїд, що отримав позначення 2006 RH120. Астероїд перейшов на орбіту навколо Сонця через 13 місяців. Його повернення в навколоземний простір очікується в 2028 році[31].

Троянці Землі — це група астероїдів, яка рухається навколо Сонця уздовж орбіти Землі в 60° попереду (L4) або позаду (L5) неї, обертаючись навколо однієї з двох точок Лангранжа системи Земля — Сонце. При спостереженні із Землі вони розташовувалися б на небі в 60° позаду чи попереду Сонця[32].

У 2010 році у Землі був виявлений перший троянський астероїд — 2010 TK7. 2010 TK7 — невеликий об'єкт, діаметром 300 метрів. Обертається навколо точки L4, виходячи з площини екліптики [33] [34]. У точці L5 троянських астероїдів поки не виявлено.

Хоча повідомлення Пті про відкриття другого супутника не було прийнято науковим співтовариством, його описи в популярній літературі привернули увагу астрономів-любителів і публіки. Особливу роль у цьому зіграло згадка його в романі Жюля Верна «Навколо Місяця», який був опублікований в 1869 році.

Роман придбав значну популярність і підштовхнув багатьох астрономів-любителів до пошуку нових супутників Землі, проте Пті, який помер в 1865 році, не дожив до раптового отримання його теорією нової популярності. Однак лише пізніше було помічено, що параметри супутника, запропоновані Жюлем Верном, не можуть відповідати реальному об'єкту:

Орбітальний період супутника, що знаходиться на відстані 7480 км (відстань взято з англійського видання, в російському і французькому виданнях йдеться, що снаряд зустрів супутник на відстані 8140 км від поверхні Землі, що дає ще більш високе значення періоду) від поверхні Землі, повинен складати 4 години 48 хвилин, а не 3 години 20 хвилин.

Доктор Р. С. Річардсон з обсерваторії Маунт Вілсон в 1952 році запропонував наступні параметри для орбіти супутника, припускаючи, що вона не є круговою: перигей 5010 км, апогей 7480 км, ексцентриситет 0,1784[7].

Причина розбіжності, швидше за все, полягає в тому, що Жюль Верн не читав вихідних повідомлень Пті, а ґрунтувався на описі Гільема [35].

У романі Семюеля Ділені «Дальгрен» Земля таємничим чином знаходить другий супутник.

Дія серії романів «Грибна планета» письменниці Елеанор Камерон відбувається на маленькому населеному другому супутнику Землі під назвою Базидій, що знаходиться на невидимій орбіті на відстані 50 000 км від Землі.

• Ліліт
• Квазісупутник
• Навколоземний об'єкт
• Антиземля

• Ashbrook J. Other Satellites of Earth // Sky and Telescope. — 1954. — Vol. 14. — P. 334.
• Ashbrook J. The Many Moons of Dr Waltemath // Sky and Telescope. — 1964. — Vol. 28. — P. 218.
• Bakich M. E. {{{Заголовок}}}. — 346 p. — ISBN 9780521632805.
• Corliss W. R. {{{Заголовок}}}. — P. 146—157. — ISBN 0-915554-05-4.
• Kragh H. The second moon of the Earth // Journal for the History of Astronomy. — 2008. — Vol. 39.
• Schlyter P. The Earth’s Second Moon, 1846-present // Nine Planets: A Multimedia Tour of the Solar System: one star, eight planets, and more.

• Earth’s Other Moon.
• Near-Earth asteroid 3753 Cruithne — Earth’s curious companion.