- OBJECT
- 2024 PT5
- MEAN RESIDUAL
- 0.635833″
- GEO TRACK
- 3695点
- SPAN
- 2023.8〜2026.2
- EXTENT
- 3872万km
- CLOSEST
- 0.00377AU
2024 PT5 · 地心軌道図をたどる
地球のまわりを回って、去っていく。
軌道図の [地心] にチェックを入れると、太陽ではなく地球を中心にした図に変わります。 この図がいちばん働くのは、惑星に一時的にとらえられた天体 — ミニムーンのときです。 ここでは 2024 PT5 を題材に、観測を読み込むところから、地球へ巻きついて離れていく1本の軌跡が 画面に出るところまでを、ひと続きの手順としてたどります。
この図に、特別な計算は要りませんでした。
地球を中心にした軌道を描くには、重力の中心を太陽から地球へ移すような、大がかりな改良が 要るだろうと考えていました。実際には要りませんでした。
摂動計算は、積分の各ステップで摂動体ごとに「天体の日心座標 − 惑星の日心座標」を すでに計算しています。地球のぶんが、そのまま地心直交座標です。 あとはそれを控えておいて、点を順に結ぶだけでした。
だから [地心] の図は、ほかの軌道図と性格が違います。2体近似の円錐曲線ではなく、 摂動計算が実際に通った点そのものです。地球のまわりを何周も回るような形は、 1本の円錐曲線では表せません。この図でしか見えないものです。 —— 画面に出たときのことは、忘れられません。
先に読んでおくと分かりやすいページ
軌道図の機能と操作方法に、この画面の操作(回転・拡大縮小・ 平行移動・リセット)と、[地心] まわりの各ボタンの意味をまとめてあります。 軌道計算そのものが初めての場合は、先に使い方を一度通してください。
題材 — 2024 PT5。
2024年8月7日、南アフリカ・サザーランドの ATLAS が発見した地球接近小惑星です。 直径は 10 メートル級(見積もりには 5〜42 m の幅があります)。2024年9月29日から11月25日にかけて 地球に一時的にとらえられ、2025年1月には月への衝突で飛び出した破片だとする研究が出ました。 OrbitLife で自力で計算できる、数少ないミニムーンのひとつです。
OrbitLife での計算では、地球への最接近は 2024年8月8.875日、0.00377 AU(約56万km)。 月への最接近が 2024年8月13.0日、0.00333 AU でした。
まず、空の図を出しておきます。
いったん外して、収束させます。
STEP 3
合わない観測を、選んで強制リジェクトする
2024年7〜8月の観測 — 発見された頃のものです — の残差が 179,986 秒角。度に直すと 約50度です。この観測を抱えたままでは改良が 進みません。一覧でその範囲を選び、右クリックから [選択した観測を強制リジェクト(R)] を選びます。
STEP 4
改良を繰り返す — ここで軌跡が現れる
残った観測で [手動] を押していきます。摂動計算が1回走るたびに、地心 0.05 AU の内側を 通った区間が記録に足されていきます。最初の軌跡が図に出るのは、この瞬間です。
さらに改良を重ねると、点が増え、線が滑らかになり、地球の近くで折り返す形が 見えてきます。1593 点、386 万km、月までの距離の 10.0 倍。
この天体は [手動] だけで収束しました — 15回ほど
軌道改良は [手動] が通常です。1回押すごとに残差が下がり、多くは2〜3回で収束します。
2024 PT5 は15回ほどでした。[自動] は使っていません。
ミニムーンだから [自動] が要る、ということはありません。
相手によっては、1回の改良で残差がわずかしか下がらず、十分小さくするのに数百回
押すことになります。そのときは[自動停止]のチェックを外して [自動] を押し、
下がらなくなったら [中止]。使い分けは使い方のページに
書いてあります。
外した観測を戻し、太陽光圧を解きます。
STEP 5
全て有効化して、非重力効果を計算に入れる
STEP 3 で外した観測を戻します。一覧を選んで右クリック、 [選択した観測を全て有効化(E)]。
そのうえで、画面下の[非重力効果]の[計算する]にチェックを入れて改良します。 A₁ = 0.0059336、A₂ = 0.0008430。戻した2024年の観測が、0″.1〜4″.4 に収まりました。
小惑星に非重力効果を入れる理由 — 太陽光圧
彗星の非重力効果は、氷が昇華して噴き出すガスの反動です。2024 PT5 は小惑星ですから、
噴き出すものはありません。それでも非重力効果が効きます。
直径10メートル級の小さな天体では、太陽の光が当たる圧力そのものが無視できないからです。
A₁ は太陽から外向きを正とする量です(Marsden ら 1973 と同じ規約)。光に押されるなら
外向き、つまり正の値で出るのが筋で、実際に正で出ました。符号が理屈と合っています。
ただし、符号が合っていることは必要条件にすぎません
パラメータを2つ増やせば、残差はほぼ必ず下がります。下がったこと自体は、 その力が実在する証拠にはなりません。A₁ が負に出たときに「計算の側に足りないものがある合図」 と読むのと同じ厳しさで、正に出たときも扱ってください — 最後の判断、 そして(1566) Icarus の記録。
軌跡を、観測期間の外へ伸ばします。
STEP 7
いまの軌跡を見る
[地心]の図に戻ります。1593 点、386 万km。上下に細長い輪が、地球のそばで閉じかけています。 ただし、ここに描かれているのは観測のある期間だけです。
STEP 8
[範囲] を広げる
既定の 0.05 AU は月までの距離の約19倍。とらえられている間の動きはこれで収まりますが、 地球から離れていく区間はそこで切れてしまいます。2024 PT5 のように地球の近くを 出入りする天体では、[範囲] を広げると外へ出た区間もつながります。 ここでは 1 AU を選びました。
STEP 9
[計算結果から元期を移動] で、積分そのものを伸ばす
ここが、この手順のいちばんの勘所です。記録は、積分が通ったところにしか貯まりません。 観測期間の外を描きたければ、積分を伸ばすしかありません。そのための道具が [計算結果から元期を移動] です。
まず過去へ。最初の観測は 2024年7月31日ですから、それより前の 2023年8月1.0日を元期に指定して [計算] を押します。
次は未来へ。同じ手順で、今度は 2026年2月1.0日を元期に指定します。
回して、寄って、立体で見ます。
STEP 10
視点を動かす
左ドラッグで回し、ホイールで寄ります。平面に落とすと重なって見える線が、 角度を変えると別々の高さを通っていることが分かります。
地心モードの [アニメ] と [動画保存]
地心の軌跡は「いつからいつまで」を描いた1本の曲線なので、進めて見せる対象がありません。 そこで地心モードの [アニメ] は、地球を中心に視点を1周させます。9秒で1周です。 [さかのぼり]は使いません。[速さ]は書き出しのコマ数に効き、2倍なら動画の長さが半分に なります。終端で止める余韻も入りません — 1周して元の向きに戻るので、 途中で止めると繰り返し再生のつながりが切れるからです。
2006 RH120 も、自力で解けました。
2024 PT5 は、地球のそばで1回転して去っていきました。 2006 RH120 は、2006年の半ばから2007年の夏までのおよそ1年、地球にとらえられ、 そのあいだに地球のまわりを何周も回った天体です。直径は2〜3メートルと見られています。
このページの初版には「2006 RH120 は、これからの課題です」と書きました。 その後の改良で、OrbitLife だけで解けるようになりました。 答え合わせの相手は、NASA ジェット推進研究所(JPL)が発表している軌道です。
COMPARE
JPL の軌道と比べる
JPL の軌道解(#54)から、同じ元期 2007年2月22.0日 TT の位置と速度を取り出して比べました。
| 比べたもの | OrbitLife と JPL の差 |
|---|---|
| 日心位置 | 2.9 km |
| 速度 | 2.8 mm/s |
| 近日点通過時刻 T | 0.00023 日(20 秒) |
| 近日点距離 q | 2.1 × 10−7 AU(約 31 km) |
| 離心率 e | 9 × 10−8 |
| 軌道傾斜角 i | 小数5桁(0°.58585)まで一致 |
このとき 2006 RH120 は地球から 130.7 万km のところにいます。 2.9 km の差は、地球から見て 0.46 秒角以下 — 観測1個の誤差より小さい差です。
| 非重力効果(au/日²) | OrbitLife | JPL(±1σ) |
|---|---|---|
| A₁(太陽から外向き) | +1.349 × 10−10 | +1.407 ± 0.083 × 10−10 |
| A₂(進行方向) | −5.24 × 10−11 | −4.91 ± 0.71 × 10−11 |
| A₃(軌道面に垂直) | −1.55 × 10−11 | −1.20 ± 0.35 × 10−11 |
3つとも、JPL の誤差の範囲に入りました。画面の A₁ = 0.0134908 は、この値を 10−8 au/日² 単位で表したものです。 A₁ が正 — 太陽の光に外へ押されている向きです。
ぴったり同じにならない理由
JPL は136観測のうち132観測を使い、観測ごとに重みを付け、星表の系統誤差も補正しています。
OrbitLife は136観測すべてに同じ重みです。JPL の残差 0.414 秒角は重み付きの値なので、
OrbitLife の 0.745 秒角とそのまま比べることはできません。
そこで同じ物差し(136観測・重みなし)で測ると、JPL の軌道は 0.81 秒角、OrbitLife の解は 0.745 秒角
でした。この物差しでは、これ以上良い解はもう無いところまで来ています。
残った数 km は、改良の詰めの足りなさではなく、物差しの違いです。
DYNAMICS
何が効いたのか — 少し専門的な話
最接近のころ、2006 RH120 は地球から 27.7 万km。この距離では1 秒角が 1.3 km にあたります。 観測所の位置が数 km 違うだけで、残差が数秒角動きます。ふつうの小惑星なら気にしなくてよい小さな誤差が、 ここでは全部表に出ます。解けるようになるまでに、次のものが必要でした。いちばん効いたのは、最初の項目です。
OrbitLife の非重力効果の式は、彗星の水氷の昇華の式(Marsden 型)です。この式の太陽からの距離による変わり方は、1 AU の近くでは光の圧力の 1/r² とほとんど同じです。2006 RH120 は太陽から 0.996〜1.037 AU にしかいないので、違いは 1% 以下。水氷の式で、光の圧力と自転の影響を近似できます。A₁ を加速度にすると約 2.7 × 10−9 m/s² です。
皆さんも、計算してみてください
観測は [ファイル]-[MPCから観測データを取得] に「2006 RH120」と入れれば、136個がそろいます。 ヒントは3つ — 最初の3点はせまい範囲から選ぶこと、非重力効果、そして Epoch の手動入力です ([オプション]-[元期をEpoch欄で指定する])。3点を9月の広い範囲から取ると、軌道がそもそも求まりません。 9月11日〜15日のような数日の中から選び、残差の小さい観測だけを残して、少しずつ増やしていきます。 上の JPL との比べ方が、そのまま答え合わせになります。
2024 PT5 と 2006 RH120 について参照したもの。
発見・大きさ・一時捕獲の期間・月起源であること、そして 2006 RH120 の答え合わせに使った JPL の軌道は、以下によります。 軌道要素・残差・接近距離・軌跡の点数は、すべて上の画面のとおり OrbitLife で計算した値です。
![2024 PT5.obs を読み込んだ OrbitLife の画面。手前の軌道図に「地心の軌跡がありません。軌道改良か[計算結果から元期を移動]を実行すると、地心0.05 AU(月までの約19倍)の内側を通った区間が記録されます。」と表示され、地球と月の軌道の円だけが描かれている。右下の[地心]チェックボックスが赤枠で囲まれている](assets/mm_01.webp)

![リジェクトのしきい値欄に 3.0 を入れて[リジェクト]ボタンを押したところ。残差の大きい観測の[印]欄に R が付き、残差が括弧付きになっている](assets/mm_10.webp)
![OrbitLife の [表示] メニュー。[計算結果から元期を移動(M)] が赤枠で示されている](assets/mm_13.webp)

![地心軌道図の立体視表示。同じ渦の図が左右に並び、中央に細い仕切り線が入っている。右下の選択が[交差法]になっている](assets/mm_22.webp)
![地球のそばの輪を拡大した立体視表示。左右に同じ図が並び、2025/2/14 と 2025/6/25 の日付が添えられている。左下の[アニメ]ボタンが赤枠で囲まれている](assets/mm_23.webp)