Vad är en Lagrange-punkt?
År 1772 beräknade matematikern Josue Louis Lagrange i sin studie "Problemet
José Louis Lagrange
Det finns fem Lagrange-punkter totalt - L1, L2,L3, L4 och L5. För forskare är de mest intressanta punkterna att studera punkterna L4 och L5 - de enda stabila regionerna av alla Lagrange-punkterna. Om satelliten träffar L1 eller L2 kommer banorna att ändras efter några månader och området utan gravitation kommer också att förskjutas, så rymdkroppen måste utföra olika manövrar för att stanna i detta område.
Punkterna L4 och L5, som anses meststabil, belägen på planet för jordens omloppsbana på ett avstånd av 150 miljoner km från vår planet (som jämförelse är avståndet från jorden till månen 383,4 tusen km, det genomsnittliga avståndet till Venus är från 38 till 250 miljoner km, beroende på var planeterna befinner sig). I det här fallet roterar L4 runt solen 60 ° före jorden och L5 - 60 ° bakom.
Forskare runt andra planeter i solsystemetliknande områden observeras också. 1906 upptäckte astronomen och astrofotografipionjären Maximilian Wolf en asteroid som ständigt befann sig på samma plats bortom det huvudsakliga asteroidbältet mellan Mars och Jupiters omloppsbanor.
Denna asteroid visade sig vara Jupiters L4-punkt.Forskare kallade det Achilles - det var från honom som traditionen att namnge alla sådana asteroider med namnen på deltagarna i det trojanska kriget började. Nu, tack vare denna upptäckt, har astrofysiker upptäckt mer än tusen asteroider som ligger vid två stabila Lagrange-punkter på Jupiter.
Asteroiden Achilles omloppsbana
En annan sak är att sökandet efter sådana asteroiderrunt andra planeter har ännu inte varit så framgångsrika: de har ännu inte hittats nära Saturnus, och bara en nära Neptunus. Förmodligen, tills astrofysiker helt enkelt inte beräknade den korrekta platsen för dessa områden för sådana planeter.
HM. Det är fortfarande inte särskilt klart hur det fungerar.
En Lagrangepunkt är en plats i rymden därde kombinerade gravitationskrafterna hos två mycket massiva kroppar – jorden och solen eller jorden och månen – är lika med den centrifugalkraft som känns av en mycket mindre tredje kropp. Samverkan mellan dessa krafter skapar en jämviktspunkt där en konventionell rymdfarkost kan "parkeras" för alltid för att utföra observationer.
Anta att vi har två mycket stora föremåli rymden - jorden och solen. De har en gravitationskraft. Och det finns en satellit - om vi skjuter upp den för nära solen, kommer gravitationen gradvis att dra den mot stjärnan, och den kommer antingen att krascha in i den eller gå in i solbanan. Om till jorden kommer satelliten antingen att hamna i en omloppsbana nära jorden, eller gå in i vår planets atmosfär och brinna upp i den.
Lagrangepunkter är platser i rymden där gravitationentvå objekt (i vårt fall solen och jorden) eliminerar varandra effektivt. Detta kommer att tillåta satelliten att stanna exakt där den sänds upp.
Lagrange poäng
Matematik fungerar på ett sådant sätt att punkterna L1, L2 och L3är inte stabila. Under en tid kommer vår satellit, som hamnade vid dessa punkter, att vara inne i regionerna, men då kommer gravitationen fortfarande att förändras och vår kosmiska kropp kommer att flyga vidare. Detta kan jämföras med en marmorbit som vi försiktigt lägger ovanpå en upp och nedvänd skål. Han kommer att ligga där, men ett slag i bordet - och kulan kommer att rulla ner.
L4 och L5 är stabila.Även om din följeslagare inte kom till dessa punkter perfekt, kommer tyngdkraften liksom att trycka den på plats ändå så att den stannar där för alltid. Den här gången är vår marmorbit redan i botten av skålen och rör sig snabbt till höger, så även om den inte är perfekt centrerad kommer den att flyttas till rätt position.
Okej. Hur kan Lagrange-poäng användas?
Rymdforskare redan på 1970-taletår uppmärksammade de Lagrange-punkter. Till exempel skulle ett rymdsolobservatorium kunna placeras vid punkt L1 i jord-solsystemet. Det kommer aldrig att falla i skuggan av jorden, därför kan observationer utföras utan avbrott.
Punkt L2 i "Earth-Sun"-systemet kan varanästan perfekt för att installera ett rymdteleskop i den. I den döljer jorden nästan alltid solljuset och reflekterar det inte till denna plats, vilket skulle göra det möjligt för forskare att ständigt studera andra stjärnor.
Vid punkt L1 i "Earth-Moon"-systemet kan man placerarelästation under utforskningen av jordens satellit. Stationen kommer ständigt att vara i siktlinjen under större delen av månens halvklot som är vänd mot jorden. Därför, för att kommunicera med den, kommer månens framtida kolonister att behöva sändare tio gånger mindre kraftfulla än de för kommunikation med jorden.
Det finns många projekt där astrofysiker planerar att använda Lagrange-punkter på ett eller annat sätt i sin forskning.
ISEE-3 är den första rymdfarkost som skjuts upp ipunkt L1 i "Earth-Sun"-systemet. Det lanserades redan 1978, som en del av uppdraget, det var tänkt att bevisa att existensen av dessa frigöringspunkter (ett annat namn för Lagrange-punkterna är High-Tech) är generellt verkligt, och även för att utforska de övre gränserna för Jordens magnetosfär, som passerar bara på ett avstånd av cirka 1,5 miljoner km från vår planet. Efter det, tio år senare, skickades sonden till kometerna Halley och Giacobini-Zinner. Nu har ISEE-3 suttit i rymden i flera decennier i off state.
Vid punkt L1 i jord-sol-systemet nuDet finns flera uppdrag, inklusive solvindsonden GGS Wind, heliosfärstationen SOHO och DSCOVR för att analysera koronala massutkastningar.
Vid punkt L2 i "Earth-Sun"-systemet, under lång tiddet fanns en WMAP-satellit för att studera den kosmiska mikrovågsbakgrundsstrålningen som uppstod under Big Bang (nu, efter uppdragets slutförande, har den skickats till begravningsbanan), Herschel-rymdobservatoriet, Planck-rymdobservatoriet, Gaia rymdteleskop. I framtiden kommer ett av de viktigaste projekten inom rymdutforskning att lanseras här – James Webby-teleskopet 2024, som kommer att ersätta den ikoniska Hubble.
Dessutom är alla dessa objekt naturligtvisinte vid ett tillfälle, utan på halo-banor runt Lagrange-regionerna. Det finns ganska många av dem – trots att sonderna måste ha stabiliserande utrustning som gör att de kan sitta på dem länge.
Varför kommer de då inte att bygga kolonier på dessa punkter?
De gör sig redo.Det finns flera projekt för att skapa kolonier vid Lagrangian-punkter, och det finns till och med offentliga föreningar som populariserar denna idé - L5 Society, Republic of Lagrangia och National Space Society. Den mest kända förespråkaren för att skapa en koloni-bosättning av mänskligheten vid Lagrange-punkter anses vara astrofysikern Gerard O'Neill, som presenterade konceptet "Island III" - en rymdstation belägen på en stabil punkt.
Ö III
Men dessa teorier har några allvarligatekniska svårigheter: den negativa inverkan av solvind och andra kosmiska strålar på människokroppen. Dessutom är alla Lagrange-punkter föremål för det fortfarande dåligt studerade inflytandet av plasma i ekvatorialplanet för jordens magnetosfär. I detta avseende måste alla bosättningar som kommer att ligga vid dessa punkter skyddas från kosmisk strålning.
Dessutom på grund av bristen på gravitationpermanenta rymdbosättningar vid Lagrange-punkterna bör utrustas med teknik för att skapa dess artificiella motsvarighet. Samtidigt finns inte sådana tekniker idag.
Tja, det viktigaste.Medan alla teorier för att skapa kolonier på andra planeter är hypotetiska, för deras utseende behöver mänskligheten fortfarande göra ett stort antal upptäckter. Du kan läsa historien om loppet för att skapa baser på månen och Mars här, här och här.
OK. Men jag har sett att Lagrange-punkter också kan användas för utomjordiska observationer av jorden!
Dom kan. Inom science fiction är teorin mycket utvecklad att utomjordingar bygger sina rymdstationer på punkter där det inte finns någon gravitation, och observerar jorden från dem.
Å ena sidan några Lagrange-poängspeciellt i jord-sol-systemet är det ganska svårt att studera, eftersom de är för nära solen (och ibland bakom den). Därför kan teoretiskt sett vilken station som helst placeras där.
Å andra sidan finns denna teori bara kvar i science fiction, eftersom, som du och jag har vetat länge, har existensen av utomjordingar ännu inte bevisats av någon.