Co je Lagrangeův bod?
V roce 1772 vypočítal matematik Josue Louis Lagrange ve své studii „Problém
José Louis Lagrange
Celkem je pět Lagrangeových bodů - L1, L2,L3, L4 a L5. Pro vědce jsou nejzajímavější body ke studiu body L4 a L5 - jediné stabilní oblasti všech Lagrangeových bodů. Pokud satelit zasáhne L1 nebo L2, po několika měsících se oběžné dráhy změní a posune se i oblast bez gravitace, takže vesmírné těleso bude muset provádět různé manévry, aby se v této oblasti udrželo.
Body L4 a L5, které jsou považovány za nejvícestabilní, nacházející se v rovině oběžné dráhy Země ve vzdálenosti 150 milionů km od naší planety (pro srovnání vzdálenost Země k Měsíci je 383,4 tisíc km, průměrná vzdálenost k Venuši je od 38 do 250 milionů km, v závislosti na poloze planet). V tomto případě se L4 otáčí kolem Slunce 60° před Zemí a L5 - 60° za sebou.
Vědci kolem jiných planet ve sluneční soustavějsou také pozorovány podobné oblasti. V roce 1906 objevil astronom a průkopník astrofotografie Maximilian Wolf asteroid, který byl neustále na stejném místě za hlavním pásem asteroidů mezi drahami Marsu a Jupiteru.
Ukázalo se, že tento asteroid je Jupiterův bod L4.Vědci jej pojmenovali Achilles – právě od něj začala tradice pojmenovávat všechny takové asteroidy jmény účastníků trojské války. Nyní díky tomuto objevu astrofyzici objevili více než tisíc asteroidů umístěných ve dvou stabilních Lagrangeových bodech Jupiteru.
Dráha asteroidu Achilles
Další věcí je hledání takových asteroidůkolem jiných planet zatím nebyly tak úspěšné: nebyly dosud nalezeny poblíž Saturnu a pouze jedna poblíž Neptunu. Pravděpodobně, dokud astrofyzici jednoduše nevypočítali správné umístění těchto oblastí pro takové planety.
HM. Stále není příliš jasné, jak to funguje.
Lagrangeův bod je místo v prostoru, kdekombinované gravitační síly dvou velmi hmotných těles – Země a Slunce nebo Země a Měsíce – se rovnají odstředivé síle, kterou pociťuje mnohem menší třetí těleso. Interakce těchto sil vytváří rovnovážný bod, kde může být konvenční kosmická loď navždy „zaparkována“ pro provádění pozorování.
Předpokládejme, že máme dva velmi velké objektyve vesmíru - Země a Slunce. Mají gravitační sílu. A je tu družice – pokud ji vypustíme příliš blízko ke Slunci, tak ji postupně gravitace přitáhne ke hvězdě a buď do ní narazí, nebo se dostane na sluneční dráhu. Pokud k Zemi, pak satelit buď skončí na oběžné dráze v blízkosti Země, nebo vstoupí do atmosféry naší planety a shoří v ní.
Lagrangeovy body jsou místa ve vesmíru, kde je gravitacedva objekty (v našem případě Slunce a Země) se navzájem účinně ruší. To umožní satelitu zůstat přesně tam, kde byl vypuštěn.
Lagrangeovy body
Matematika funguje tak, že body L1, L2 a L3nejsou stabilní. Nějakou dobu bude náš satelit, který skončil v těchto bodech, uvnitř regionů, ale pak se gravitace stejně změní a naše vesmírné těleso poletí dále. Dá se to přirovnat ke kousku mramoru, který opatrně položíme na převrácenou misku. Bude tam ležet, ale jedna rána do stolu - a mramor se skutálí dolů.
L4 a L5 jsou stabilní.I když se váš společník nedostal do těchto bodů ideálně, gravitace ho tak jako tak zatlačí do pozice, takže tam zůstane navždy. Tentokrát je náš kus mramoru již na dně misky a pohybuje se rychle doprava, takže i když není dokonale vycentrován, přesune se do správné polohy.
Dobře. Jak lze použít Lagrangeovy body?
Vesmírní výzkumníci v 70. letech 20. stoletílet věnovali pozornost Lagrangeovým bodům. Například kosmická sluneční observatoř by mohla být umístěna v bodě L1 systému Země-Slunce. Nikdy nespadne do stínu Země, takže pozorování lze provádět bez přerušení.
Bod L2 systému "Země-Slunce" může býttéměř ideální pro instalaci vesmírného dalekohledu do něj. V něm Země téměř vždy zakrývá sluneční světlo a neodráží ho do tohoto místa, což by vědcům umožnilo neustále studovat další hvězdy.
V bodě L1 systému "Země-Měsíc" lze umístitpřenosová stanice při průzkumu družice Země. Stanice bude neustále v přímé viditelnosti po většinu polokoule Měsíce obrácená k Zemi. Budoucí kolonisté Měsíce proto ke komunikaci s ní budou potřebovat vysílače desetkrát méně výkonné než ty pro komunikaci se Zemí.
Existuje mnoho projektů, ve kterých astrofyzici plánují použít Lagrangeovy body tak či onak ve svém výzkumu.
ISEE-3 je první kosmická loď vypuštěná vbod L1 soustavy „Země-Slunce“. Byl spuštěn již v roce 1978, v rámci mise měl dokázat, že existence těchto libračních bodů (jiný název pro Lagrangeovy body je High-Tech) je obecně reálná, a také prozkoumat horní hranice Magnetosféra Země, procházející právě ve vzdálenosti asi 1,5 milionu km od naší planety. Poté, o deset let později, byla sonda odeslána ke kometám Halley a Giacobini-Zinner. Nyní ISEE-3 sedí ve vesmíru několik desetiletí ve vypnutém stavu.
Nyní v bodě L1 soustavy Země-SlunceExistuje několik misí, včetně solární větrné sondy GGS Wind, heliosférické stanice SOHO a DSCOVR k analýze výronů koronální hmoty.
V bodě L2 soustavy „Země-Slunce“, na dlouhou dobuexistovala družice WMAP pro studium kosmického mikrovlnného záření na pozadí, které vzniklo během Velkého třesku (nyní, po dokončení mise, byla vyslána na pohřební dráhu), Herschelova vesmírná observatoř, Planckova vesmírná observatoř, Gaia vesmírný dalekohled. V budoucnu zde bude spuštěn jeden z nejdůležitějších projektů v průzkumu vesmíru – v roce 2024 teleskop Jamese Webbyho, který nahradí ikonický Hubbleův teleskop.
Navíc všechny tyto předměty samozřejmě jsoune v jednom bodě, ale na oběžných drahách kolem Lagrangeových oblastí. Je jich poměrně hodně – nehledě na to, že sondy musí mít stabilizační zařízení, které jim umožňuje setrvat na nich dlouhou dobu.
Proč tedy na těchto bodech nepostaví kolonie?
Chystají se.Existuje několik projektů na vytvoření kolonií v Lagrangianských bodech a dokonce existují veřejná sdružení, která tuto myšlenku popularizují - L5 Society, Republic of Lagrangia a National Space Society. Za nejslavnějšího zastánce vytvoření kolonie-osady lidstva v Lagrangeových bodech je považován astrofyzik Gerard O’Neill, který představil koncept „ostrova III“ – vesmírné stanice umístěné v jednom stabilním bodě.
Ostrov III
Tyto teorie však mají některé závažnétechnické potíže: negativní dopad slunečního větru a jiných kosmických paprsků na lidské tělo. Všechny Lagrangeovy body navíc podléhají stále nedostatečně prozkoumanému vlivu plazmatu v rovníkové rovině zemské magnetosféry. V tomto ohledu musí být všechna sídla, která se budou na těchto místech nacházet, chráněna před kosmickým zářením.
Navíc kvůli nedostatku gravitacestálá vesmírná sídla v Lagrangeových bodech by měla být vybavena technologiemi k vytvoření svého umělého protějšku. Takové technologie dnes přitom neexistují.
No, to nejdůležitější.Zatímco všechny teorie o vytváření kolonií na jiných planetách jsou hypotetické, pro jejich vzhled lidstvo ještě potřebuje udělat obrovské množství objevů. Historii závodu o vytvoření základen na Měsíci a Marsu si můžete přečíst zde, zde a zde.
OK. Ale viděl jsem, že Lagrangeovy body mohou být také použity pro mimozemské pozorování Země!
Oni mohou. Ve sci-fi je velmi rozvinutá teorie, že mimozemšťané staví své vesmírné stanice v bodech, kde není gravitace, a pozorují z nich Zemi.
Na jednu stranu některé Lagrangeovy bodyzvláště v systému Země-Slunce je docela obtížné studovat, protože jsou příliš blízko Slunci (a někdy za ním). Teoreticky se tam tedy může nacházet jakákoliv stanice.
Na druhou stranu tato teorie zůstává pouze ve sci-fi, protože, jak už dávno víme, existenci mimozemšťanů zatím nikdo neprokázal.