Τι είναι ένα σημείο Lagrange;
Το 1772, ο μαθηματικός Josue Louis Lagrange υπολόγισε στη μελέτη του «Το πρόβλημα
Χοσέ Λουί Λαγκράνζ
Υπάρχουν πέντε σημεία Lagrange συνολικά - L1, L2,L3, L4 και L5. Για τους επιστήμονες, τα πιο ενδιαφέροντα σημεία για μελέτη είναι τα σημεία L4 και L5 - οι μόνες σταθερές περιοχές όλων των σημείων Lagrange. Εάν ο δορυφόρος χτυπήσει L1 ή L2, μετά από λίγους μήνες οι τροχιές θα αλλάξουν και η περιοχή χωρίς βαρύτητα θα μετατοπιστεί επίσης, οπότε το διαστημικό σώμα θα πρέπει να εκτελέσει διάφορους ελιγμούς για να παραμείνει σε αυτήν την περιοχή.
Τα σημεία L4 και L5, τα οποία θεωρούνται τα περισσότερασταθερό, που βρίσκεται στο επίπεδο της τροχιάς της Γης σε απόσταση 150 εκατομμυρίων χιλιομέτρων από τον πλανήτη μας (για σύγκριση, η απόσταση από τη Γη στη Σελήνη είναι 383,4 χιλιάδες χιλιόμετρα, η μέση απόσταση από την Αφροδίτη είναι από 38 έως 250 εκατομμύρια χιλιόμετρα, ανάλογα με τη θέση των πλανητών). Σε αυτή την περίπτωση, το L4 περιστρέφεται γύρω από τον Ήλιο 60 ° μπροστά από τη Γη και το L5 - 60 ° πίσω.
Επιστήμονες γύρω από άλλους πλανήτες του ηλιακού συστήματοςπαρατηρούνται επίσης παρόμοιες περιοχές. Το 1906, ο αστρονόμος και πρωτοπόρος της αστροφωτογραφίας Maximilian Wolf ανακάλυψε έναν αστεροειδή που βρισκόταν συνεχώς στο ίδιο σημείο πέρα από την κύρια ζώνη αστεροειδών μεταξύ των τροχιών του Άρη και του Δία.
Αυτός ο αστεροειδής αποδείχθηκε ότι ήταν το σημείο L4 του Δία.Οι επιστήμονες το ονόμασαν Αχιλλέας - από αυτόν ξεκίνησε η παράδοση της ονομασίας όλων αυτών των αστεροειδών με τα ονόματα των συμμετεχόντων στον Τρωικό πόλεμο. Τώρα, χάρη σε αυτή την ανακάλυψη, οι αστροφυσικοί έχουν ανακαλύψει περισσότερους από χίλιους αστεροειδείς που βρίσκονται σε δύο σταθερά σημεία Lagrange του Δία.
Τροχιά του αστεροειδούς Αχιλλέα
Ένα άλλο πράγμα είναι ότι η αναζήτηση για τέτοιους αστεροειδείςγύρω από άλλους πλανήτες δεν ήταν ακόμη τόσο επιτυχημένοι: δεν έχουν βρεθεί ακόμη κοντά στον Κρόνο και μόνο ένας κοντά στον Ποσειδώνα. Πιθανώς, μέχρι που οι αστροφυσικοί απλώς δεν υπολόγισαν τη σωστή θέση αυτών των περιοχών για τέτοιους πλανήτες.
Χμ. Δεν είναι ακόμα πολύ σαφές πώς λειτουργεί.
Σημείο Lagrange είναι ένα μέρος στο διάστημα όπουοι συνδυασμένες βαρυτικές δυνάμεις δύο πολύ μεγάλων σωμάτων -της Γης και του Ήλιου ή της Γης και της Σελήνης- είναι ίσες με τη φυγόκεντρη δύναμη που αισθάνεται ένα πολύ μικρότερο τρίτο σώμα. Η αλληλεπίδραση αυτών των δυνάμεων δημιουργεί ένα σημείο ισορροπίας όπου ένα συμβατικό διαστημόπλοιο μπορεί να «σταθμεύσει» για πάντα για τη διεξαγωγή παρατηρήσεων.
Ας υποθέσουμε ότι έχουμε δύο πολύ μεγάλα αντικείμεναστο διάστημα - τη Γη και τον Ήλιο. Έχουν βαρυτική έλξη. Και υπάρχει ένας δορυφόρος - αν τον εκτοξεύσουμε πολύ κοντά στον Ήλιο, τότε σταδιακά η βαρύτητα θα τον τραβήξει προς το αστέρι και είτε θα συντριβεί πάνω του είτε θα μπει στην ηλιακή τροχιά. Αν στη Γη, τότε ο δορυφόρος είτε θα καταλήξει σε τροχιά κοντά στη Γη, είτε θα εισέλθει στην ατμόσφαιρα του πλανήτη μας και θα καεί σε αυτήν.
Τα σημεία Lagrange είναι μέρη στο διάστημα όπου η βαρύτηταδύο αντικείμενα (στην περίπτωσή μας ο Ήλιος και η Γη) ουσιαστικά αλληλοεξουδετερώνονται. Αυτό θα επιτρέψει στον δορυφόρο να παραμείνει ακριβώς εκεί που εκτοξεύτηκε.
Σημεία Lagrange
Τα μαθηματικά λειτουργούν με τέτοιο τρόπο ώστε τα σημεία L1, L2 και L3δεν είναι σταθερά. Για κάποιο χρονικό διάστημα, ο δορυφόρος μας, που κατέληξε σε αυτά τα σημεία, θα βρίσκεται εντός των περιοχών, αλλά στη συνέχεια η βαρύτητα θα εξακολουθεί να αλλάξει και το κοσμικό μας σώμα θα πετάξει περαιτέρω. Αυτό μπορεί να συγκριθεί με ένα κομμάτι μάρμαρο που έχουμε τοποθετήσει προσεκτικά πάνω από ένα ανεστραμμένο μπολ. Θα ξαπλώσει εκεί, αλλά ένα χτύπημα στο τραπέζι - και το μάρμαρο θα κυλήσει κάτω.
Τα L4 και L5 είναι σταθερά.Ακόμα κι αν ο σύντροφός σας δεν φτάσει τέλεια σε αυτά τα σημεία, η βαρύτητα θα τον ωθήσει κάπως στη θέση του έτσι κι αλλιώς, ώστε να παραμείνει εκεί για πάντα. Αυτή τη φορά, το μαρμάρινο κομμάτι μας βρίσκεται ήδη στο κάτω μέρος του μπολ και κινείται γρήγορα προς τα δεξιά, οπότε ακόμα κι αν δεν είναι τέλεια κεντραρισμένο, θα μετακινηθεί στη σωστή θέση.
Καλός. Πώς μπορούν να χρησιμοποιηθούν τα σημεία Lagrange;
Ερευνητές του διαστήματος στη δεκαετία του 1970χρόνια, έδωσαν προσοχή στα σημεία Lagrange. Για παράδειγμα, ένα διαστημικό ηλιακό παρατηρητήριο θα μπορούσε να τοποθετηθεί στο σημείο L1 του συστήματος Γης-Ήλιου. Δεν θα πέσει ποτέ στη σκιά της Γης, επομένως, οι παρατηρήσεις μπορούν να πραγματοποιηθούν χωρίς διακοπή.
Το σημείο L2 του συστήματος «Γη-Ήλιος» μπορεί να είναισχεδόν ιδανικό για την εγκατάσταση ενός διαστημικού τηλεσκοπίου σε αυτό. Σε αυτό, η Γη σχεδόν πάντα κρύβει το φως του ήλιου και δεν το αντανακλά σε αυτό το μέρος, κάτι που θα επέτρεπε στους επιστήμονες να μελετούν συνεχώς άλλα αστέρια.
Στο σημείο L1 του συστήματος «Γη-Σελήνη» μπορεί κανείς να τοποθετήσεισταθμό αναμετάδοσης κατά την εξερεύνηση του δορυφόρου της Γης. Ο σταθμός θα βρίσκεται συνεχώς στην οπτική επαφή για το μεγαλύτερο μέρος του ημισφαιρίου της Σελήνης που βλέπει τη Γη. Επομένως, για να επικοινωνήσουν μαζί του, οι μελλοντικοί άποικοι της Σελήνης θα χρειαστούν πομπούς δέκα φορές λιγότερο ισχυρούς από αυτούς για επικοινωνία με τη Γη.
Υπάρχουν πολλά έργα στα οποία οι αστροφυσικοί σχεδιάζουν να χρησιμοποιήσουν τα σημεία Lagrange με τον ένα ή τον άλλο τρόπο στην έρευνά τους.
Το ISEE-3 είναι το πρώτο διαστημόπλοιο που εκτοξεύτηκεσημείο L1 του συστήματος «Γη-Ήλιος». Εκτοξεύτηκε το 1978, ως μέρος της αποστολής, έπρεπε να αποδείξει ότι η ύπαρξη αυτών των σημείων βιβλιοθήκης (άλλο όνομα για τα σημεία Lagrange είναι Hi-Tech) είναι γενικά πραγματική, και επίσης να εξερευνήσει τα ανώτερα όρια του Η μαγνητόσφαιρα της Γης, που περνά μόλις σε απόσταση περίπου 1,5 εκατομμυρίου χιλιομέτρων από τον πλανήτη μας. Μετά από αυτό, δέκα χρόνια αργότερα, ο ανιχνευτής στάλθηκε στους κομήτες Halley και Giacobini-Zinner. Τώρα το ISEE-3 βρίσκεται στο διάστημα σε κατάσταση εκτός λειτουργίας για αρκετές δεκαετίες.
Στο σημείο L1 του συστήματος Γης-Ήλιου τώραΥπάρχουν πολλές αποστολές, συμπεριλαμβανομένου του ηλιακού ανιχνευτή ανέμου GGS Wind, του σταθμού ηλιόσφαιρας SOHO και του DSCOVR για την ανάλυση των στεφανιαίων εκτινάξεων μάζας.
Στο σημείο L2 του συστήματος «Γη-Ήλιος», για μεγάλο χρονικό διάστημαυπήρχε ένας δορυφόρος WMAP για τη μελέτη της κοσμικής ακτινοβολίας μικροκυμάτων υποβάθρου που προέκυψε κατά τη Μεγάλη Έκρηξη (τώρα, μετά την ολοκλήρωση της αποστολής, έχει σταλεί στην τροχιά ταφής), το διαστημικό παρατηρητήριο Herschel, το διαστημικό παρατηρητήριο Planck, η Γαία διαστημικό τηλεσκόπιο. Στο μέλλον, ένα από τα πιο σημαντικά έργα στην εξερεύνηση του διαστήματος θα ξεκινήσει εδώ - το τηλεσκόπιο James Webby το 2024, το οποίο θα αντικαταστήσει το εμβληματικό Hubble.
Επιπλέον, όλα αυτά τα αντικείμενα, φυσικά, είναιόχι σε ένα σημείο, αλλά σε τροχιές φωτοστέφανου γύρω από τις περιοχές Lagrange. Υπάρχουν πολλά από αυτά - παρά το γεγονός ότι οι ανιχνευτές πρέπει να διαθέτουν εξοπλισμό σταθεροποίησης που τους επιτρέπει να παραμείνουν πάνω τους για μεγάλο χρονικό διάστημα.
Γιατί, λοιπόν, δεν πρόκειται να χτίσουν αποικίες σε αυτά τα σημεία;
Ετοιμάζονται.Υπάρχουν πολλά έργα για τη δημιουργία αποικιών σε σημεία Lagrangian, και υπάρχουν ακόμη και δημόσιες ενώσεις που διαδίδουν αυτήν την ιδέα - L5 Society, Republic of Lagrangia και National Space Society. Ο πιο διάσημος υποστηρικτής της δημιουργίας μιας αποικίας-οικισμού της ανθρωπότητας στα σημεία Lagrange θεωρείται ο αστροφυσικός Gerard O'Neill, ο οποίος παρουσίασε την έννοια του "Island III" - ενός διαστημικού σταθμού που βρίσκεται σε ένα σταθερό σημείο.
Νησί III
Ωστόσο, αυτές οι θεωρίες έχουν κάποιες σοβαρέςτεχνικές δυσκολίες: η αρνητική επίδραση του ηλιακού ανέμου και άλλων κοσμικών ακτίνων στο ανθρώπινο σώμα. Επιπλέον, όλα τα σημεία Lagrange υπόκεινται στην ακόμη ελάχιστα μελετημένη επίδραση του πλάσματος στο ισημερινό επίπεδο της μαγνητόσφαιρας της Γης. Από αυτή την άποψη, όλοι οι οικισμοί που θα βρίσκονται στα σημεία αυτά πρέπει να προστατεύονται από την κοσμική ακτινοβολία.
Επιπλέον, λόγω της έλλειψης βαρύτηταςΟι μόνιμοι διαστημικοί οικισμοί στα σημεία Lagrange θα πρέπει να εξοπλιστούν με τεχνολογίες για τη δημιουργία του τεχνητού αντίστοιχου. Ταυτόχρονα, τέτοιες τεχνολογίες δεν υπάρχουν σήμερα.
Λοιπόν, το πιο σημαντικό πράγμα.Ενώ όλες οι θεωρίες για τη δημιουργία αποικιών σε άλλους πλανήτες είναι υποθετικές, για την εμφάνισή τους, η ανθρωπότητα χρειάζεται ακόμα να κάνει έναν τεράστιο αριθμό ανακαλύψεων. Μπορείτε να διαβάσετε την ιστορία του αγώνα για τη δημιουργία βάσεων στη Σελήνη και τον Άρη εδώ, εδώ και εδώ.
ΕΝΤΑΞΕΙ. Αλλά έχω δει ότι τα σημεία Lagrange μπορούν επίσης να χρησιμοποιηθούν για παρατήρηση της Γης από εξωγήινους!
Αυτοί μπορούν. Στην επιστημονική φαντασία, είναι πολύ ανεπτυγμένη η θεωρία ότι οι εξωγήινοι κατασκευάζουν τους διαστημικούς σταθμούς τους σε σημεία όπου δεν υπάρχει βαρύτητα και παρατηρούν τη Γη από αυτούς.
Από τη μια, μερικά σημεία Lagrangeειδικά στο σύστημα Γης-Ήλιου, είναι αρκετά δύσκολο να μελετηθεί, αφού είναι πολύ κοντά στον Ήλιο (και μερικές φορές πίσω από αυτόν). Επομένως, θεωρητικά, οποιοσδήποτε σταθμός μπορεί να βρίσκεται εκεί.
Από την άλλη, αυτή η θεωρία παραμένει μόνο στην επιστημονική φαντασία, γιατί, όπως γνωρίζουμε εδώ και καιρό, η ύπαρξη εξωγήινων δεν έχει ακόμη αποδειχθεί από κανέναν.