地球の軌道上、太陽の向こう側に違う地球はあるか？

質問

ふと思ったしょうもない疑問なんですけれど…

地球の軌道上に、地球と太陽を結んだ直線上にもうひとつ地球がある可能性はあるのだろうか？
その、もうひとつの地球が、地球と同じ周期で公転しているとすると、少なくとも地球上から観測することは不可能なわけですが。
今まで地球と太陽を結ぶ直線上の向こう側をリアルタイムで観測したという話は聞いたことがないような気がしますし…
もちろん、今のところ、そうした天体が観測されたことはないことは重々承知しておりますし、もちろん、一般的に考えて、こうした可能性が極めて低いことは承知しております。
その上で、こうした私の思いつきを明確に否定できる科学的な根拠があればお教え下さい。

回答No.14

SPROCKETER

地球に限らず、全ての惑星に置いて、１つの公転軌道上に存在出来る惑星は１つだけで２つ以上の惑星が軌道上に安定して存在出来る可能性は無いのですが、土星の衛星で発見された共有軌道という例外が存在します。

　これは極めて近い軌道上を公転するほぼ同じ大きさの天体が、互いに接近すると重力によって両者の軌道を置き換えるというもので、衝突する危険が無いのだそうです。

　惑星では見つかっていませんが、共有軌道を公転する惑星があるとしたら、地球Ａと地球Ｂが互いに接近しては両者の軌道が置き換わるというサイクルを繰り返している可能性は考えられるようです。

　もし、地球が共有軌道を持つ双子の惑星だったら、何年かに１回、惑星同士が異常接近しては離れて行く天体ショーが見られるでしょうが、そのたびに重力の相互作用で天変地異が繰り返されるでしょうから、あまり快適な惑星ではないでしょうね。

　もちろん、共有軌道を持つ惑星には衛星は不安定過ぎて存在出来ないでしょうし、自転も止まっている可能性が高いでしょうね。

参考URL：

http://ja.wikipedia.org/wiki/%E3%82%A8%E3%83%94%E3%83%A1%E3%83%86%E3%82%A6%E3%82%B9_(%E8%A1%9B%E6%98%9F)

回答No.13

naigel

ＳＦ小説でそんなのあったなあ。全く同じもうひとつの地球があって、絶対観測ができない。

これは他の惑星の挙動から観測できるのです。もっとも地球に近い金星と火星の挙動を観測
すれば、見えない惑星がもしあれば、すぐに判ります。

惑星の変な挙動の事を　摂動　と言います。

回答No.12

burahuman

10番さんの理論的な解説に加えて仮に存在すれば金星や火星の軌道に影響を与えますので間接的に必ず確認できます。

回答No.11

Tacosan

「地球と同じ軌道」だと, #10 で言われるように無理です. ただし, 三体運動に限定すれば「太陽をはさんで地球と反対側」に, 「地球と同じ周期で公転する天体」が存在することはありえないことではありません. もちろん「地球の L3」に存在しても軌道は不安定ですが, 逆に「地球がその天体の L3 にいる」可能性がありえて, その場合それなりに安定な軌道になりえます.

まあ, そんな大きな天体があったら他の惑星に影響を与えてしまう (なにしろ木星よりはるかに重くないといけない) ので, その運動から存在がわかってしまうわけですが.

なお, #9 の「トロヤ群」というのは狭義には「木星の前後 60度にある小惑星群」, 広義には「何らかの惑星の前後 60度にある小惑星群」を指すとするのが普通です (火星や海王星などで見付かっている).

回答No.10

staratras

地球の軌道が真円ではなく、太陽を焦点の一つとする楕円軌道である以上、地球と同じ軌道上で常に太陽の向こう側にあるような惑星は存在できません。図示してみれば明らかです。

添付した図は誇張していますが、地球の軌道は太陽を焦点の一つとする楕円軌道です。地球が太陽にもっとも近づく近日点にある時(地球１）、ご質問の「反地球」は太陽の向こう側の、太陽からもっとも遠い遠日点にあります（反地球１）。ところが地球が地球２の位置まで来たとき、反地球は太陽から見て正反対の反地球２の位置に来なければなりません。ケプラーの第２法則によれば「惑星と太陽とを結ぶ線分が単位時間に描く面積は、一定である（面積速度一定）」はずですが、地球が描いた面積(青色）と反地球が描いた面積(緑色）はどう見ても同じではありません。このような反地球の運行はあり得ないことが分かります

補足

なるほど、これは解りやすい！
確かに図面は極端ではあるのでしょうが、そもそも地球が真円に近い楕円軌道を周回していることを考慮すると…

ここでケプラーの法則というのを覚える必要があることが解りましたので、そちらを先行させていただくとしますが、言葉にするだけの理解はまだできていませんけれど、太陽を中心とした地球の移動角度や移動速度を含めて考えると、仮に２つの天体が同一軌道上の対角線位置にあった場合、同じ速度で軌道を移動するような事自体があり得ない、ということができるのでしょうね。
ともあれ、ケプラーの法則を勉強してきます。

回答No.9

雪中庵（@psytex）

ほぼ同じ軌道上を複数の小惑星が回っているのがアステロイドベルト
ですが、その軌道上には「トロヤ群」と呼ばれる、軌道上の正三角形の
頂点の位置に３つの小惑星の集まりがあります。
実は、同じ公転軌道上を正反対の位置を回るというのは、力学的に
不安定で、ちょっとズレると進むか遅れるかして、正三角形の位置に
落ち着くのです。
微細ながら、地球の公転軌道の地球と正三角形の位置にも星間物質
の溜まりが発見されており、第10惑星の可能性は物理的に０です
（もし、そんなものが隠れていたら「三点安定」が起きる訳がない）。

補足

トロヤ群について、Wikipediaに記事が記載されていました。そのリンクを辿り、地球の同一軌道上の小天体についても記載されておりましたが、こちらは発見されたのがつい最近なんですね。

もし仮に、地球の反対側にもう一つ地球があったとするならば、計６点安定になる…などと考えてしまいました。
それにしても、こうして（ほぼ）正三角形の位置関係に、そういうものができているというのも不思議な話です。

回答No.8

potachie

＞　その、もうひとつの地球が、地球と同じ周期で公転しているとすると、少なくとも地球上から観測することは不可能なわけですが。

いいえ。観測には、目で見る以外に、見えているものから計算をするということも含まれますから、太陽を挟んで地球の裏側の状況も観測しています。
この方法で、天王星以遠の惑星や小天体を発見したりもしているので。
簡単な例で言うと、そのような天体があった場合、水星などの内惑星の軌道が変わるので、分かります。宇宙は真っ暗？ですから、目で見えるもの以外に、見えているものからの軌道計算をして、ここにあるはず、ということを天文学ではよくやっています。
ちなみに、小惑星群では、同一軌道に、複数の小天体が回っていることが観測されています。真反対というより、三角形の関係になっているようですが。軌道の安定のうえではあり得ない仮説じゃないんですが、ないことが確認されています。

ただ、SF小説でよくあるテーマですし、全く同じ現象が、銀河系については成り立っています。銀河の中心には、巨大な重力があり、その裏側の様子は分かっていません。

補足

可視できるデータから、不可視なものを計算して割り出す、ということですね。
私の知識の範囲内で解釈すると…
様々なデータを元に「説」を立ち上げ、その「説」を立証することで新たな天体を発見、つまり説を証明した、とまあ、こういう流れになっていると考えていいみたいです。
ともあれ、「無い事が確認されている」という言葉を用いていただいたことで、なるほど、と思う事ができました。

小惑星群については…さらに話がややこしくなりそうですね。あれは個人的には土星の輪の太陽系版みたく捉えていたりもします。

回答No.7

eld3399

映画マトリックスにあるような、昔から地球上と同じ風景がそこにはあると（平行した世界）いわれています。

回答No.6

WiredLogic

私が子供の頃、「遊星仮面」という、話題の「第十惑星」から、侵略の手が、というアニメやってました。
http://ja.wikipedia.org/wiki/%E9%81%8A%E6%98%9F%E4%BB%AE%E9%9D%A2

本職や、ちゃんとしたアマチュア天文愛好家なら、
「第十惑星」が存在しない、確たる証拠を持っているはずですが、
素人の私でも示せる、それなりの根拠としては、

・惑星や衛星の公転軌道が、楕円なのは、ご存じですよね。地球の軌道も、離心率0.017くらい(これが0なら真円、0と1の間なら楕円、数値が1に近いほど、ペチャンコの楕円、例えば、ハレー彗星だと、0.97くらい)なので、わずかですが、円からずれていて、太陽と地球の距離は、一番近い時と遠い時では(近日点・遠日点という)、太陽の直径３個分くらいずれています。軌道上の速度は一定ではなく、近日点では遅く、遠日点では速くなるので、「第十惑星」が、地球に対して、あるとき、太陽のちょうど向こう側にあったとしても、その位置関係は変化するので、普通の天文学的観測が絶対不可能という訳ではありません。

・大きな天体と、その周りの真円の軌道を描いて動く、大きな天体について、対称な位置にある、２つの小さな天体の運動について、力学的には、近所に、その３つしかなければ、それなりに安定した運動をするが、それでも、強力に安定という訳じゃない、近所に、それ以外のある程度の大きさの天体があると、結構不安定になりやすい、ということが解っています。実際、太陽系には、少し遠いけど重い木星を筆頭に、地球や「第十惑星」に影響を与える惑星があるので、実際には、長期的にみれば、安定して、対称点を保てることはありません。

・直接、そういう惑星のありなしを探査する探査機を飛ばさなくても、燃料の節約や期間の短縮の目的で、わざわざ遠回りして、太陽や惑星の近くを通り、その重力を利用して、加速や軌道変更をする探査機はたくさんあります。「はやぶさ」もその１つです。太陽の向こう側を通るとき、予期せぬ大きな質量、「第十惑星」は正にそれですが、があれば、精密制御されている軌道には、ハッキリとした誤差が出るので、軌道計算のやり直しが必要になります。そういうことからも、小さな岩の塊でない、惑星・準惑星級のものが、そのあたりにあれば、解る、ということです。

補足

解りやすい解説、ありがとうございます。
可視に頼らなくとも、惑星などの重力による影響を考慮した場合、同一軌道上に同じような天体があること自体あり得ないと言える、と、このような事が言えるわけですね。
お答えいただくまで、可視による観測のみしか考えていなかったため、重力の影響についてまでは考慮していませんでした。
たとえ微小な天体が存在していたとしても、その重力の影響は確実に受けるということで…実は万有引力の法則については、最近再確認したばかりでして…お恥ずかしい限りです。

なお、衛生の軌道が真円ではないことは、私も聞いてはいますが、少なくとも地球を含めた惑星の軌道がほぼ真円に近いことから、あまり実感が沸きませんね。ハレー彗星などは、超楕円軌道なので解りやすいですが。っと、これは余談でした。

回答No.5

Tacosan

#2 への補足を読んでちょっと気になったんですが, あなたのいう「観測データ」とはどのようなものですか? つまり, あなたにとって「観測」とはどのような行為ですか?

「ボイジャーによる撮影」は「観測」ですか? あるいは, 「研究結果」と「観測結果」とはどう違うのですか?

補足

観測は、基本的に「可視」によるものであると考えています。
つまりは、地球の軌道上かつ、地球上からは目視できない地点、つまり太陽の向こう側を可視することを想定しています。