Was ist ein Lagrange-Punkt?
Im Jahr 1772 berechnete der Mathematiker Josue Louis Lagrange in seiner Studie „The Problem
José Louis Lagrange
Es gibt insgesamt fünf Lagrange-Punkte - L1, L2,L3, L4 und L5. Für Wissenschaftler sind die interessantesten zu untersuchenden Punkte die Punkte L4 und L5 – die einzigen stabilen Regionen aller Lagrange-Punkte. Wenn der Satellit L1 oder L2 trifft, ändern sich nach einigen Monaten die Umlaufbahnen und auch der Bereich ohne Schwerkraft verschiebt sich, sodass der Weltraumkörper verschiedene Manöver durchführen muss, um in diesem Bereich zu bleiben.
Die Punkte L4 und L5, die am meisten berücksichtigt werdenstabil, befindet sich auf der Ebene der Erdumlaufbahn in einer Entfernung von 150 Millionen km von unserem Planeten (zum Vergleich: Die Entfernung von der Erde zum Mond beträgt 383,4 Tausend km, die durchschnittliche Entfernung zur Venus beträgt 38 bis 250 Millionen km). je nach Standort der Planeten). In diesem Fall dreht sich L4 um die Sonne 60 ° vor der Erde und L5 - 60 ° dahinter.
Wissenschaftler rund um andere Planeten im SonnensystemÄhnliche Bereiche werden ebenfalls beobachtet. Im Jahr 1906 entdeckte der Astronom und Astrofotografie-Pionier Maximilian Wolf einen Asteroiden, der sich jenseits des Asteroidenhauptgürtels zwischen den Umlaufbahnen von Mars und Jupiter ständig am selben Ort befand.
Dieser Asteroid entpuppte sich als Jupiters Punkt L4.Wissenschaftler nannten es Achilles - von ihm begann die Tradition, alle diese Asteroiden nach den Namen der Teilnehmer des Trojanischen Krieges zu benennen. Dank dieser Entdeckung haben Astrophysiker nun mehr als tausend Asteroiden entdeckt, die sich an zwei stabilen Lagrange-Punkten des Jupiters befinden.
Umlaufbahn des Asteroiden Achilles
Eine andere Sache ist die Suche nach solchen Asteroidenum andere Planeten waren noch nicht so erfolgreich: Sie wurden noch nicht in der Nähe von Saturn und nur einer in der Nähe von Neptun gefunden. Wahrscheinlich, bis Astrophysiker einfach nicht die richtige Position dieser Gebiete für solche Planeten berechneten.
HM. Es ist noch nicht ganz klar, wie es funktioniert.
Ein Lagrange-Punkt ist ein Ort im Raum, an demDie kombinierten Gravitationskräfte zweier sehr massiver Körper – der Erde und der Sonne oder der Erde und des Mondes – sind gleich der Zentrifugalkraft, die ein viel kleinerer dritter Körper verspürt. Durch das Zusammenspiel dieser Kräfte entsteht ein Gleichgewichtspunkt, an dem ein herkömmliches Raumschiff für die Durchführung von Beobachtungen für immer „geparkt“ werden kann.
Angenommen, wir haben zwei sehr große Objekteim Weltraum - die Erde und die Sonne. Sie haben eine Anziehungskraft. Und es gibt einen Satelliten - wenn wir ihn zu nahe an die Sonne bringen, wird er allmählich durch die Schwerkraft zum Stern gezogen und entweder gegen ihn prallen oder in die Sonnenumlaufbahn eintreten. Wenn zur Erde, dann wird der Satellit entweder in einer erdnahen Umlaufbahn landen oder in die Atmosphäre unseres Planeten eintreten und darin verglühen.
Lagrange-Punkte sind Orte im Raum, an denen Gravitation herrschtzwei Objekte (in unserem Fall die Sonne und die Erde) heben sich effektiv auf. Dadurch kann der Satellit genau dort bleiben, wo er gestartet wurde.
Lagrange-Punkte
Mathematik funktioniert so, dass die Punkte L1, L2 und L3sind nicht stabil. Für einige Zeit wird sich unser Satellit, der an diesen Punkten gelandet ist, innerhalb der Regionen befinden, aber dann wird sich die Schwerkraft noch ändern und unser kosmischer Körper wird weiterfliegen. Dies kann mit einem Stück Marmor verglichen werden, das wir vorsichtig auf eine umgedrehte Schale legen. Er wird liegen bleiben, aber ein Schlag auf den Tisch – und die Murmel wird herunterrollen.
L4 und L5 sind stabil.Selbst wenn Ihr Begleiter diese Punkte nicht perfekt erreicht hat, wird die Schwerkraft ihn irgendwie in Position bringen, damit er für immer dort bleibt. Dieses Mal befindet sich unser Marmorstück bereits am Boden der Schüssel und bewegt sich schnell nach rechts, sodass es sich, selbst wenn es nicht perfekt zentriert ist, in die richtige Position bewegt.
In Ordnung. Wie können Lagrange-Punkte verwendet werden?
Weltraumforscher in den 1970er JahrenJahre lang achteten sie auf Lagrange-Punkte. Beispielsweise könnte ein Weltraum-Sonnenobservatorium am Punkt L1 des Erde-Sonne-Systems platziert werden. Es wird niemals in den Schatten der Erde fallen, daher können Beobachtungen ohne Unterbrechung durchgeführt werden.
Punkt L2 des "Erde-Sonne"-Systems sein kanngeradezu ideal, um darin ein Weltraumteleskop zu installieren. Darin verdeckt die Erde fast immer das Sonnenlicht und reflektiert es nicht an diesen Ort, was es Wissenschaftlern ermöglichen würde, ständig andere Sterne zu untersuchen.
Am Punkt L1 des "Erde-Mond"-Systems kann man platzierenRelaisstation bei der Erkundung des Erdtrabanten. Die Station wird für den größten Teil der der Erde zugewandten Mondhalbkugel ständig in Sichtlinie sein. Um mit ihm zu kommunizieren, werden die zukünftigen Kolonisten des Mondes daher Sender benötigen, die zehnmal schwächer sind als die für die Kommunikation mit der Erde.
Es gibt viele Projekte, in denen Astrophysiker planen, Lagrange-Punkte auf die eine oder andere Weise für ihre Forschung zu verwenden.
ISEE-3 ist die erste Raumsonde, die ins All gestartet istPunkt L1 des "Erde-Sonne"-Systems. Es wurde bereits 1978 gestartet, als Teil der Mission sollte es beweisen, dass die Existenz dieser Librationspunkte (ein anderer Name für die Lagrange-Punkte ist High-Tech) im Allgemeinen real ist, und auch die oberen Grenzen des Die Magnetosphäre der Erde, die nur in einer Entfernung von etwa 1,5 Millionen km von unserem Planeten entfernt ist. Danach, zehn Jahre später, wurde die Sonde zu den Kometen Halley und Giacobini-Zinner geschickt. Jetzt sitzt ISEE-3 seit mehreren Jahrzehnten im ausgeschalteten Zustand im Weltraum.
Jetzt am Punkt L1 des Erde-Sonne-SystemsEs gibt mehrere Missionen, darunter die Sonnenwindsonde GGS Wind, die Heliosphärenstation SOHO und DSCOVR zur Analyse koronaler Massenauswürfe.
Am Punkt L2 des "Erde-Sonne"-Systems, für lange Zeites gab einen WMAP-Satelliten zur Untersuchung der kosmischen Mikrowellen-Hintergrundstrahlung, die während des Urknalls entstand (jetzt, nach Abschluss der Mission, wurde sie in die Begräbnisbahn geschickt), das Weltraumobservatorium Herschel, das Weltraumobservatorium Planck, die Gaia Weltraumteleskop. In Zukunft wird hier eines der wichtigsten Projekte der Weltraumforschung gestartet – das James Webby Telescope im Jahr 2024, das das ikonische Hubble ersetzen wird.
Darüber hinaus sind all diese Objekte natürlichnicht an einem Punkt, sondern auf Halo-Umlaufbahnen um die Lagrange-Regionen. Es gibt ziemlich viele von ihnen - obwohl die Sonden über eine Stabilisierungsausrüstung verfügen müssen, die es ihnen ermöglicht, lange darauf zu bleiben.
Warum werden sie dann an diesen Punkten keine Kolonien errichten?
Sie machen sich bereit.Es gibt mehrere Projekte zur Gründung von Kolonien an Lagrange-Punkten, und es gibt sogar öffentliche Vereinigungen, die diese Idee populär machen – die L5 Society, die Republic of Lagrangia und die National Space Society. Als bekanntester Befürworter der Schaffung einer Kolonie-Siedlung der Menschheit an Lagrange-Punkten gilt der Astrophysiker Gerard O’Neill, der das Konzept der „Insel III“ vorstellte – einer Raumstation an einem stabilen Punkt.
Insel III
Diese Theorien haben jedoch einige schwerwiegende Folgentechnische Schwierigkeiten: die negativen Auswirkungen von Sonnenwind und anderen kosmischen Strahlen auf den menschlichen Körper. Darüber hinaus unterliegen alle Lagrange-Punkte dem noch wenig untersuchten Einfluss von Plasma in der Äquatorialebene der Erdmagnetosphäre. In diesem Zusammenhang müssen alle Siedlungen, die an diesen Punkten entstehen, vor kosmischer Strahlung geschützt werden.
Hinzu kommt die fehlende SchwerkraftPermanente Weltraumsiedlungen an Lagrange-Punkten sollten mit Technologien ausgestattet werden, um ihr künstliches Gegenstück zu schaffen. Gleichzeitig existieren solche Technologien heute nicht.
Nun, das Wichtigste.Während alle Theorien zur Gründung von Kolonien auf anderen Planeten hypothetisch sind, muss die Menschheit für ihr Erscheinen noch eine Vielzahl von Entdeckungen machen. Die Geschichte des Rennens zur Errichtung von Basen auf Mond und Mars können Sie hier, hier und hier nachlesen.
OK. Aber ich habe gesehen, dass Lagrange-Punkte auch zur außerirdischen Beobachtung der Erde verwendet werden können!
Sie können. In der Science-Fiction ist die Theorie sehr weit entwickelt, dass Aliens ihre Raumstationen an Orten ohne Schwerkraft bauen und von ihnen aus die Erde beobachten.
Einerseits einige Lagrange-PunkteBesonders im Erde-Sonne-System ist es ziemlich schwierig zu studieren, da sie zu nahe an der Sonne (und manchmal hinter ihr) sind. Daher kann sich dort theoretisch jede Station befinden.
Andererseits bleibt diese Theorie nur in der Science-Fiction, denn wie wir längst wissen, wurde die Existenz von Außerirdischen noch von niemandem bewiesen.