رحلة إلى نقطة لاغرانج: كيف يتم ترتيب أغرب الأماكن في النظام الشمسي ، حيث لا تعمل الجاذبية عمليًا

ما هي نقطة لاغرانج؟

في عام 1772، قام عالم الرياضيات خوسيه لويس لاغرانج بالحساب في دراسته "المشكلة".

ثلاثة أجسام" ينبغي أن يكون مجال الجاذبية الأرضيةتحييد قوة الجاذبية لأكبر جسم في النظام الشمسي - الشمس - في خمس مناطق من الفضاء. في الواقع، هذه النقاط الخمس هي الأماكن الوحيدة في نظامنا حيث لا تعمل الجاذبية عمليا بسبب قوة الجذب المتساوية من العديد من الأجسام الكونية.

خوسيه لويس لاجرانج

هناك خمس نقاط لاغرانج إجمالاً - L1 ، L2 ،L3 و L4 و L5. بالنسبة للعلماء ، فإن النقاط الأكثر إثارة للاهتمام التي يجب دراستها هي النقطتان L4 و L5 - المنطقتان المستقرتان الوحيدتان في جميع نقاط لاغرانج. إذا ضرب القمر الصناعي L1 أو L2 ، فبعد بضعة أشهر ستتغير المدارات وستتغير المنطقة الخالية من الجاذبية أيضًا ، لذلك سيتعين على الجسم الفضائي إجراء مناورات مختلفة للبقاء في هذه المنطقة.

النقطتان L4 و L5 ، اللتان تعتبران أكثرمستقر ، يقع على مستوى مدار الأرض على مسافة 150 مليون كيلومتر من كوكبنا (للمقارنة المسافة من الأرض إلى القمر 383.4 ألف كيلومتر ، ومتوسط ​​المسافة إلى كوكب الزهرة من 38 إلى 250 مليون كيلومتر ، حسب موقع الكواكب). في هذه الحالة ، L4 يدور حول الشمس 60 درجة قبل الأرض ، و L5 - 60 درجة خلفه.

العلماء حول كواكب أخرى في النظام الشمسيويلاحظ أيضا مناطق مماثلة. في عام 1906، اكتشف عالم الفلك ورائد التصوير الفلكي ماكسيميليان وولف كويكبًا كان دائمًا في نفس المكان خارج حزام الكويكبات الرئيسي بين مداري المريخ والمشتري.

تبين أن هذا الكويكب هو نقطة L4 لكوكب المشتري.أطلق عليه العلماء اسم Achilles - ومنه بدأ تقليد تسمية كل هذه الكويكبات بأسماء المشاركين في حرب طروادة. الآن ، بفضل هذا الاكتشاف ، اكتشف علماء الفيزياء الفلكية أكثر من ألف كويكب يقع في نقطتي لاغرانج المستقرتين في كوكب المشتري.

مدار الكويكب أخيل

شيء آخر هو أن البحث عن مثل هذه الكويكباتحول الكواكب الأخرى لم تكن ناجحة حتى الآن: لم يتم العثور عليها بعد بالقرب من زحل ، وواحد فقط بالقرب من نبتون. ربما ، حتى لم يحسب علماء الفيزياء الفلكية ببساطة الموقع الصحيح لهذه المناطق لمثل هذه الكواكب.

جلالة الملك. لا يزال من غير الواضح كيف يعمل.

نقطة لاغرانج هي مكان في الفضاء حيثإن قوى الجاذبية المجمعة لجسمين ضخمين للغاية - الأرض والشمس أو الأرض والقمر - تساوي قوة الطرد المركزي التي يشعر بها جسم ثالث أصغر بكثير. ويخلق تفاعل هذه القوى نقطة توازن حيث يمكن "إيقاف" المركبة الفضائية التقليدية إلى الأبد لإجراء عمليات المراقبة.

افترض أن لدينا جسمين كبيرين جدًافي الفضاء - الأرض والشمس. لديهم قوة الجاذبية. وهناك قمر صناعي - إذا أطلقناه قريبًا جدًا من الشمس ، فسوف تسحبه الجاذبية تدريجياً نحو النجم ، وسيصطدم به أو يدخل المدار الشمسي. إذا كان على الأرض ، فإن القمر الصناعي سينتهي به الأمر إما في مدار قريب من الأرض ، أو يدخل الغلاف الجوي لكوكبنا ويحترق فيه.

نقاط لاغرانج هي أماكن في الفضاء حيث الجاذبيةكائنان (في حالتنا الشمس والأرض) يلغي كل منهما الآخر بشكل فعال. سيسمح هذا للقمر الصناعي بالبقاء في مكان إطلاقه بالضبط.

نقاط لاغرانج

تعمل الرياضيات بطريقة تجعل النقاط L1 و L2 و L3ليست مستقرة. لبعض الوقت ، سيكون قمرنا الصناعي ، الذي انتهى به الأمر عند هذه النقاط ، داخل المناطق ، ولكن بعد ذلك ستتغير الجاذبية وسيطير جسمنا الكوني أكثر. يمكن مقارنة ذلك بقطعة من الرخام نضعها بعناية فوق وعاء مقلوب. سوف يرقد هناك ، ولكن ضربة واحدة على المنضدة - وسوف تتدحرج قطعة الرخام.

L4 و L5 مستقران.حتى لو لم يصل رفيقك إلى هذه النقاط بشكل مثالي ، فإن الجاذبية ستدفعه نوعًا ما إلى موضعه على أي حال بحيث يبقى هناك إلى الأبد. هذه المرة ، قطعتنا الرخامية موجودة بالفعل في قاع الإناء وتتحرك بسرعة إلى اليمين ، لذا حتى لو لم يتم توسيطها بشكل مثالي ، فإنها ستنتقل إلى الموضع الصحيح.

تمام. كيف يمكن استخدام نقاط لاجرانج؟

باحثو الفضاء يعودون إلى السبعينياتسنوات، لقد اهتموا بنقاط لاغرانج. على سبيل المثال، يمكن وضع مرصد شمسي فضائي عند النقطة L1 من نظام الأرض والشمس. لن يقع أبدًا في ظل الأرض، لذلك يمكن إجراء الملاحظات دون انقطاع.

يمكن أن تكون النقطة L2 من نظام "الأرض والشمس"يكاد يكون مثاليًا لتثبيت تلسكوب فضائي فيه. في ذلك ، تحجب الأرض دائمًا ضوء الشمس ولا تعكسه إلى هذا المكان ، مما يسمح للعلماء بدراسة النجوم الأخرى باستمرار.

عند النقطة L1 من نظام "Earth-Moon" ، يمكن للمرء أن يضعمحطة الترحيل أثناء استكشاف القمر الصناعي للأرض. ستكون المحطة دائمًا في خط الرؤية لمعظم نصف الكرة الأرضية للقمر المواجه للأرض. لذلك ، للتواصل معها ، سيحتاج المستعمرون المستقبليون للقمر إلى أجهزة إرسال أقل قوة بعشر مرات من تلك الخاصة بالتواصل مع الأرض.

هناك العديد من المشاريع التي يخطط فيها علماء الفيزياء الفلكية لاستخدام نقاط لاغرانج بطريقة أو بأخرى في أبحاثهم.

ISEE-3 هي أول مركبة فضائية تم إطلاقها فيالنقطة L1 من نظام "الأرض والشمس". تم إطلاقه في عام 1978 ، كجزء من المهمة ، وكان من المفترض أن يثبت أن وجود نقاط المعايرة هذه (اسم آخر لنقاط لاجرانج هو التكنولوجيا العالية) حقيقي بشكل عام ، وأيضًا لاستكشاف الحدود العليا لـ الغلاف المغناطيسي للأرض ، يمر على مسافة حوالي 1.5 مليون كيلومتر من كوكبنا. بعد ذلك ، بعد عشر سنوات ، أُرسل المسبار إلى المذنبين هالي وجياكوبيني-زينر. الآن ISEE-3 يجلس في الفضاء لعدة عقود في خارج الولاية.

عند النقطة L1 من نظام الأرض والشمس الآنهناك عدة مهمات، بما في ذلك مسبار الرياح الشمسية GGS Wind ومحطة الغلاف الشمسي SOHO وDSCOVR لتحليل الانبعاثات الكتلية الإكليلية.

عند النقطة L2 من نظام "Earth-Sun" ، لفترة طويلةكان هناك قمر صناعي WMAP لدراسة إشعاع الخلفية الكونية الميكروي الذي نشأ أثناء الانفجار العظيم (الآن ، بعد الانتهاء من المهمة ، تم إرساله إلى مدار الدفن) ، ومرصد هيرشل الفضائي ، ومرصد بلانك الفضائي ، وجايا تلسكوب فضائي. في المستقبل ، سيتم إطلاق أحد أهم المشاريع في استكشاف الفضاء هنا - جيمس ويب تلسكوب في عام 2024 ، والذي سيحل محل هابل الأيقوني.

علاوة على ذلك ، كل هذه الأشياء ، بالطبع ، هيليس في نقطة واحدة ، ولكن في مدارات هالة حول مناطق لاغرانج. يوجد الكثير منهم - على الرغم من حقيقة أن المجسات يجب أن تحتوي على معدات تثبيت تسمح لهم بالبقاء عليها لفترة طويلة.

لماذا إذن لن يبنوا مستعمرات على هذه النقاط؟

إنهم يستعدون.هناك العديد من المشاريع لإنشاء مستعمرات في نقاط لاغرانج، وهناك أيضًا جمعيات عامة تعمل على تعميم هذه الفكرة - جمعية L5، وجمهورية لاغرانجيا، وجمعية الفضاء الوطنية. أشهر مؤيد لإنشاء مستوطنة مستعمرة للبشرية في نقاط لاغرانج هو عالم الفيزياء الفلكية جيرارد أونيل، الذي قدم مفهوم "الجزيرة الثالثة" - محطة فضائية تقع في نقطة واحدة مستقرة.

الجزيرة الثالثة

ومع ذلك، فإن هذه النظريات لديها بعض الجديةالصعوبات التقنية: التأثير السلبي للرياح الشمسية والأشعة الكونية الأخرى على جسم الإنسان. بالإضافة إلى ذلك، تخضع جميع نقاط لاغرانج لتأثيرات البلازما التي لم تتم دراستها بشكل جيد في المستوى الاستوائي للغلاف المغناطيسي للأرض. وفي هذا الصدد، يجب حماية جميع المستوطنات التي ستقام في هذه النقاط من الإشعاع الكوني.

بالإضافة إلى ذلك ، بسبب نقص الجاذبيةيجب أن تكون المستوطنات الفضائية الدائمة في نقاط لاغرانج مجهزة بتقنيات لإنشاء نظيرتها الاصطناعية. في الوقت نفسه ، لا توجد مثل هذه التقنيات اليوم.

حسنًا ، أهم شيء.في حين أن جميع النظريات الخاصة بإنشاء مستعمرات على الكواكب الأخرى هي نظريات افتراضية ، إلا أنه بالنسبة لمظهرها ، لا تزال البشرية بحاجة إلى القيام بعدد كبير من الاكتشافات. يمكنك قراءة تاريخ السباق لإنشاء قواعد على القمر والمريخ هنا وهنا وهنا.

نعم. لكنني رأيت أنه يمكن أيضًا استخدام نقاط لاغرانج لرصد كوكب الأرض!

يستطيعون. في الخيال العلمي ، تم تطوير النظرية القائلة بأن الفضائيين يبنون محطاتهم الفضائية في نقاط لا يوجد فيها جاذبية ، ويلاحظون الأرض منهم.

من ناحية أخرى ، بعض نقاط لاغرانجخاصة في نظام الأرض والشمس ، من الصعب جدًا دراستها ، لأنها قريبة جدًا من الشمس (وأحيانًا خلفها). لذلك ، من الناحية النظرية ، يمكن تحديد موقع أي محطة هناك.

من ناحية أخرى ، تبقى هذه النظرية فقط في الخيال العلمي ، لأنه ، كما عرفنا منذ زمن طويل ، لم يثبت وجود كائنات فضائية بعد من قبل أي شخص.