เที่ยวบินไปยังจุดลากรองจ์: การจัดเรียงสถานที่ที่แปลกประหลาดที่สุดในระบบสุริยะโดยที่แรงโน้มถ่วงไม่ทำงาน

จุด Lagrange คืออะไร?

ในปี ค.ศ. 1772 นักคณิตศาสตร์ โจซู หลุยส์ ลากรองจ์ ได้คำนวณในการศึกษาของเขาเรื่อง "ปัญหา"

สามวัตถุ" ที่สนามโน้มถ่วงของโลกควรมีต่อต้านแรงโน้มถ่วงของวัตถุที่ใหญ่ที่สุดในระบบสุริยะ - ดวงอาทิตย์ - ในอวกาศห้าแห่ง ในความเป็นจริง จุดทั้งห้านี้เป็นสถานที่เดียวในระบบของเราที่แรงโน้มถ่วงใช้งานไม่ได้จริงเนื่องจากมีแรงดึงดูดเท่ากันจากวัตถุในจักรวาลหลายแห่ง

โฆเซ่ หลุยส์ ลากรองจ์

มีคะแนน Lagrange ทั้งหมดห้าคะแนน - L1, L2,L3, L4 และ L5 สำหรับนักวิทยาศาสตร์ จุดที่น่าสนใจที่สุดในการศึกษาคือจุด L4 และ L5 ซึ่งเป็นบริเวณที่เสถียรเพียงจุดเดียวของจุดลากรองจ์ทั้งหมด หากดาวเทียมชนกับ L1 หรือ L2 อีกไม่กี่เดือนวงโคจรจะเปลี่ยนไป และพื้นที่ที่ไม่มีแรงโน้มถ่วงก็จะเปลี่ยนไปด้วย ดังนั้นร่างกายของอวกาศจะต้องทำการประลองยุทธ์ต่างๆ เพื่อคงอยู่ในบริเวณนี้

คะแนน L4 และ L5 ซึ่งถือว่ามากที่สุดเสถียรตั้งอยู่บนระนาบวงโคจรของโลกที่ระยะทาง 150 ล้านกม. จากโลกของเรา (สำหรับการเปรียบเทียบระยะทางจากโลกถึงดวงจันทร์คือ 383.4 พันกม. ระยะทางเฉลี่ยถึงดาวศุกร์อยู่ระหว่าง 38 ถึง 250 ล้านกม. ขึ้นอยู่กับตำแหน่งของดาวเคราะห์) ในกรณีนี้ L4 จะหมุนรอบดวงอาทิตย์ก่อนโลก 60 องศา และตามหลัง L5 - 60 องศา

นักวิทยาศาสตร์รอบดาวเคราะห์ดวงอื่นในระบบสุริยะมีการสังเกตพื้นที่ที่คล้ายกันด้วย ในปี 1906 นักดาราศาสตร์และผู้บุกเบิกการถ่ายภาพดาราศาสตร์ แม็กซิมิเลียน วูล์ฟ ค้นพบดาวเคราะห์น้อยดวงหนึ่งซึ่งอยู่ในตำแหน่งเดียวกันตลอดเวลาเลยพ้นแถบดาวเคราะห์น้อยหลักระหว่างวงโคจรของดาวอังคารและดาวพฤหัสบดี

ดาวเคราะห์น้อยดวงนี้กลายเป็นจุด L4 ของดาวพฤหัสบดีนักวิทยาศาสตร์ตั้งชื่อมันว่า Achilles - จากเขาที่ประเพณีการตั้งชื่อดาวเคราะห์น้อยดังกล่าวทั้งหมดโดยใช้ชื่อของผู้เข้าร่วมในสงครามโทรจันเริ่มต้นขึ้น ต้องขอบคุณการค้นพบครั้งนี้ นักดาราศาสตร์ฟิสิกส์ได้ค้นพบดาวเคราะห์น้อยมากกว่าหนึ่งพันดวง ซึ่งตั้งอยู่ที่จุดลากรองจ์ที่มั่นคงสองจุดของดาวพฤหัสบดี

วงโคจรของดาวเคราะห์น้อย Achilles

อีกอย่างคือการค้นหาดาวเคราะห์น้อยดังกล่าวรอบดาวเคราะห์ดวงอื่นยังไม่ประสบความสำเร็จ: ยังไม่พบใกล้ดาวเสาร์และมีเพียงดวงเดียวใกล้ดาวเนปจูน อาจเป็นไปได้ว่าจนกระทั่งนักดาราศาสตร์ฟิสิกส์ไม่ได้คำนวณตำแหน่งที่ถูกต้องของพื้นที่เหล่านี้สำหรับดาวเคราะห์ดังกล่าว

ม. มันยังไม่ชัดเจนนักว่ามันทำงานอย่างไร

จุดลากรองจ์คือสถานที่ในอวกาศที่แรงโน้มถ่วงรวมกันของวัตถุที่มีมวลมากสองวัตถุ ได้แก่ โลกและดวงอาทิตย์ หรือโลกกับดวงจันทร์ มีค่าเท่ากับแรงเหวี่ยงหนีศูนย์กลางที่วัตถุที่สามที่เล็กกว่ามากสัมผัสได้ ปฏิสัมพันธ์ของแรงเหล่านี้ทำให้เกิดจุดสมดุลที่ยานอวกาศทั่วไปสามารถ "จอด" ไว้ได้ตลอดไปเพื่อทำการสังเกตการณ์

สมมติว่าเรามีวัตถุขนาดใหญ่มากสองชิ้นในอวกาศ - โลกและดวงอาทิตย์ พวกมันมีแรงดึงดูด และมีดาวเทียมด้วย - ถ้าเราปล่อยมันใกล้กับดวงอาทิตย์มากเกินไป จากนั้นแรงโน้มถ่วงจะค่อยๆ ดึงมันเข้าหาดาวฤกษ์ และมันจะชนเข้ากับดาวฤกษ์หรือเข้าสู่วงโคจรของดวงอาทิตย์ หากมายังโลก ดาวเทียมจะสิ้นสุดในวงโคจรใกล้โลก หรือเข้าสู่ชั้นบรรยากาศของโลกและเผาไหม้ในนั้น

จุดลากรองจ์เป็นสถานที่ในอวกาศที่มีแรงโน้มถ่วงวัตถุสองชิ้น (ในกรณีของเราคือดวงอาทิตย์และโลก) หักล้างกันอย่างมีประสิทธิภาพ ซึ่งจะทำให้ดาวเทียมอยู่ในตำแหน่งที่ปล่อย

คะแนนลากรองจ์

คณิตศาสตร์ทำงานในลักษณะที่คะแนน L1, L2 และ L3ไม่เสถียร ในบางครั้ง ดาวเทียมของเรา ซึ่งลงเอยที่จุดเหล่านี้ จะอยู่ภายในภูมิภาค แต่จากนั้นแรงโน้มถ่วงจะยังเปลี่ยนแปลง และร่างกายของจักรวาลของเราจะบินต่อไป เปรียบได้กับหินอ่อนที่เราวางบนชามคว่ำอย่างระมัดระวัง เขาจะนอนอยู่ที่นั่น แต่หนึ่งครั้งบนโต๊ะ - และหินอ่อนจะกลิ้งลงมา

L4 และ L5 มีเสถียรภาพแม้ว่าเพื่อนของคุณจะไม่ได้ไปยังจุดเหล่านี้อย่างสมบูรณ์ แรงโน้มถ่วงจะผลักมันเข้าสู่ตำแหน่งอยู่ดีเพื่อให้มันอยู่ที่นั่นตลอดไป คราวนี้ ชิ้นหินอ่อนของเราอยู่ที่ด้านล่างของชามแล้ว โดยเคลื่อนที่ไปทางขวาอย่างรวดเร็ว ดังนั้นแม้ว่าจะไม่ได้อยู่ตรงกลางอย่างสมบูรณ์ แต่ก็จะเคลื่อนไปยังตำแหน่งที่ถูกต้อง

ตกลง. สามารถใช้คะแนน Lagrange ได้อย่างไร?

นักวิจัยอวกาศย้อนกลับไปในทศวรรษ 1970หลายปีพวกเขาให้ความสนใจกับประเด็นลากรองจ์ ตัวอย่างเช่น สามารถวางหอสังเกตการณ์สุริยะอวกาศไว้ที่จุด L1 ของระบบโลก-ดวงอาทิตย์ได้ มันจะไม่มีวันตกอยู่ภายใต้เงาของโลก ดังนั้น การสังเกตจึงสามารถดำเนินการได้โดยไม่หยุดชะงัก

จุด L2 ของระบบ "Earth-Sun" สามารถเกือบจะเหมาะอย่างยิ่งสำหรับการติดตั้งกล้องโทรทรรศน์อวกาศ ในนั้น โลกมักจะบดบังแสงแดดและไม่สะท้อนมายังสถานที่แห่งนี้ ซึ่งจะทำให้นักวิทยาศาสตร์สามารถศึกษาดาวดวงอื่นได้อย่างต่อเนื่อง

ที่จุด L1 ของระบบ Earth-Moon วางได้สถานีถ่ายทอดระหว่างการสำรวจดาวเทียมของโลก สถานีจะอยู่ในสายตาตลอดเวลาสำหรับซีกโลกส่วนใหญ่ของดวงจันทร์ที่หันหน้าเข้าหาโลก ดังนั้น ในการสื่อสารกับมัน ผู้ล่าอาณานิคมในอนาคตของดวงจันทร์จะต้องส่งเครื่องส่งที่มีพลังน้อยกว่าเครื่องส่งที่สื่อสารกับโลกถึงสิบเท่า

มีหลายโครงการที่นักดาราศาสตร์ฟิสิกส์วางแผนที่จะใช้คะแนนลากรองจ์ไม่ทางใดก็ทางหนึ่งในการวิจัยของพวกเขา

ISEE-3 เป็นยานอวกาศลำแรกที่เปิดตัวในจุด L1 ของระบบ Earth-Sun มันถูกเปิดตัวในปี 1978 โดยเป็นส่วนหนึ่งของภารกิจ มันควรจะพิสูจน์ว่าการมีอยู่ของจุด libration เหล่านี้ (ชื่ออื่นสำหรับคะแนน Lagrange คือไฮเทค) โดยทั่วไปแล้วจะเป็นของจริง และยังสำรวจขอบเขตบนของ แมกนีโตสเฟียร์ของโลก ผ่านระยะห่างเพียง 1.5 ล้านกม. จากโลกของเรา หลังจากนั้น 10 ปีต่อมา ยานสำรวจก็ถูกส่งไปยังดาวหาง Halley และ Giacobini-Zinner ตอนนี้ ISEE-3 ได้นั่งอยู่ในอวกาศมาหลายสิบปีแล้วในรัฐนอก

ณ จุด L1 ของระบบโลก-ดวงอาทิตย์ในขณะนี้มีภารกิจหลายอย่าง รวมถึงยานสำรวจลมสุริยะ GGS Wind สถานีเฮลิโอสเฟียร์ SOHO และ DSCOVR เพื่อวิเคราะห์การดีดตัวของมวลโคโรนา

ณ จุด L2 ของระบบ Earth-Sun เป็นเวลานานมีดาวเทียม WMAP เพื่อศึกษารังสีไมโครเวฟพื้นหลังคอสมิกที่เกิดขึ้นระหว่างบิ๊กแบง (ตอนนี้หลังจากเสร็จสิ้นภารกิจก็ถูกส่งไปยังวงโคจรฝังศพ) หอดูดาวอวกาศเฮอร์เชลหอดูดาวอวกาศพลังค์ไกอา กล้องโทรทรรศน์อวกาศ ในอนาคต หนึ่งในโครงการที่สำคัญที่สุดในการสำรวจอวกาศจะเปิดตัวที่นี่ นั่นคือกล้องโทรทรรศน์เจมส์ เว็บบี (James Webby Telescope) ในปี พ.ศ. 2567 ซึ่งจะมาแทนที่ฮับเบิลอันเป็นสัญลักษณ์

ยิ่งกว่านั้น แน่นอน วัตถุเหล่านี้ทั้งหมดคือไม่ได้อยู่ที่จุดใดจุดหนึ่ง แต่อยู่บนรัศมีโคจรรอบภูมิภาคลากรองจ์ มีค่อนข้างมาก - แม้ว่าโพรบจะต้องมีอุปกรณ์รักษาเสถียรภาพที่ช่วยให้อยู่กับพวกเขาเป็นเวลานาน

ทำไมพวกเขาถึงไม่สร้างอาณานิคมบนจุดเหล่านี้?

พวกเขากำลังเตรียมตัวให้พร้อมมีหลายโครงการเพื่อสร้างอาณานิคมที่จุด Lagrangian และยังมีสมาคมสาธารณะที่ทำให้แนวคิดนี้เป็นที่นิยม - L5 Society, Republic of Lagrangia และ National Space Society ผู้เสนอที่มีชื่อเสียงที่สุดในการสร้างอาณานิคมของมนุษยชาติที่จุดลากรองจ์ถือเป็นนักดาราศาสตร์ฟิสิกส์เจอราร์ดโอนีลซึ่งนำเสนอแนวคิดของ "เกาะที่สาม" - สถานีอวกาศที่ตั้งอยู่ในจุดที่มั่นคงจุดหนึ่ง

เกาะ III

อย่างไรก็ตาม ทฤษฎีเหล่านี้มีความร้ายแรงอยู่บ้างปัญหาทางเทคนิค: ผลกระทบด้านลบของลมสุริยะและรังสีคอสมิกอื่น ๆ ต่อร่างกายมนุษย์ นอกจากนี้ จุดลากรองจ์ทั้งหมดยังอยู่ภายใต้อิทธิพลของพลาสมาในระนาบเส้นศูนย์สูตรของสนามแม่เหล็กโลกที่ยังมีการศึกษาไม่ดี ในเรื่องนี้การตั้งถิ่นฐานทั้งหมดที่จะอยู่ที่จุดเหล่านี้จะต้องได้รับการปกป้องจากรังสีคอสมิก

นอกจากนี้เนื่องจากขาดแรงโน้มถ่วงการตั้งถิ่นฐานของพื้นที่ถาวรที่จุด Lagrange ควรติดตั้งเทคโนโลยีเพื่อสร้างคู่เทียม ในขณะเดียวกัน เทคโนโลยีดังกล่าวไม่มีอยู่จริงในปัจจุบัน

สิ่งที่สำคัญที่สุดคือแม้ว่าทฤษฎีทั้งหมดสำหรับการสร้างอาณานิคมบนดาวเคราะห์ดวงอื่นจะเป็นเรื่องสมมุติ แต่สำหรับการปรากฏตัวของพวกมัน มนุษยชาติยังคงต้องการการค้นพบจำนวนมาก คุณสามารถอ่านประวัติการแข่งขันเพื่อสร้างฐานบนดวงจันทร์และดาวอังคารได้ที่นี่ ที่นี่ และที่นี่

ตกลง. แต่ฉันได้เห็นว่าจุด Lagrange สามารถใช้สำหรับการสังเกตของมนุษย์ต่างดาวของโลกได้!

พวกเขาสามารถ. ในนิยายวิทยาศาสตร์ ทฤษฎีได้รับการพัฒนาอย่างมากที่มนุษย์ต่างดาวสร้างสถานีอวกาศของพวกเขาในจุดที่ไม่มีแรงโน้มถ่วง และสังเกตโลกจากพวกมัน

ด้านหนึ่ง ลากรองจ์บางจุดโดยเฉพาะอย่างยิ่งในระบบ Earth-Sun นั้นค่อนข้างยากที่จะศึกษาเนื่องจากอยู่ใกล้ดวงอาทิตย์เกินไป (และบางครั้งก็อยู่ข้างหลัง) ดังนั้นตามทฤษฎีแล้ว สถานีใดๆ ก็สามารถตั้งอยู่ที่นั่นได้

ในทางกลับกัน ทฤษฎีนี้ยังคงอยู่ในนิยายวิทยาศาสตร์เท่านั้น เพราะเรารู้มานานแล้วว่าการมีอยู่ของมนุษย์ต่างดาวยังไม่ได้รับการพิสูจน์โดยใคร