Що таке точка Лагранжа?
У 1772 році математик Жозу Луї Лагранж вирахував у своєму дослідженні «Проблема
Жозе Луї Лагранж
Усього існують п'ять точок Лагранжа - L1, L2,L3, L4 та L5. Для вчених найцікавішими для вивчення є точки L4 та L5 – єдині стабільні області з усіх точок Лагранжа. Якщо супутник потрапить до точок L1 або L2, через кілька місяців орбіти зміняться і область відсутності гравітації також зміститься, тому космічному тілу доведеться робити різні маневри, щоб залишатися в цій галузі.
Точки L4 та L5, які вважаються найбільшимистабільними, розташовані на площині земної орбіти на відстані 150 млн км від нашої планети (для порівняння, відстань від Землі до Місяця становить 383,4 тис. км, середня відстань до Венери – від 38 до 250 млн км залежно від розташування планет). При цьому L4 обертається навколо Сонця на 60 ° попереду Землі, а L5 - на 60 ° позаду.
Навколо інших планет у Сонячній системі вченітакож спостерігають схожі галузі. У 1906 році астроном і піонер астрофотографія Максиміліан Вольф виявив астероїд, який знаходиться постійно в тому самому місці за головним поясом астероїдів між орбітами Марса і Юпітера.
Цей астероїд виявився точкою L4 Юпітера.Вчені назвали його Ахілесом — саме з нього пішла традиція називати всі подібні астероїди іменами учасників Троянської війни. Зараз завдяки цьому відкриття астрофізики виявили понад тисячу астероїдів, що знаходяться у двох стабільних точках Лагранжа Юпітера.
Орбіта астероїда Ахіллес
Інша річ, що пошуки подібних астероїдівнавколо інших планет поки що виявилися не такими успішними: біля Сатурна їх поки не виявили, а біля Нептуна — лише один. Ймовірно, поки астрофізики просто не розрахували правильне розташування цих областей у таких планет.
Хм. Все одно не дуже зрозуміло, як це працює
Крапка Лагранжа - це таке місце в космосі, деоб'єднані гравітаційні сили двох дуже масивних тіл - Землі та Сонця або Землі та Місяця - рівні відцентровій силі, що відчувається набагато меншим третім тілом. Взаємодія цих сил створює точку рівноваги, де може бути надовго «припаркований» умовний космічний корабель щодо спостережень.
Припустимо, у нас є два дуже великі об'єктив космосі - Земля та Сонце. Вони мають гравітаційне тяжіння. І є супутник - якщо ми запускаємо його надто близько до Сонця, то поступово гравітація притягне його до зірки, і він або вріжеться в неї, або вийде на сонячну орбіту. Якщо до Землі, то супутник або опиниться на навколоземній орбіті, або увійде до атмосфери нашої планети і згорить у ній.
Крапки Лагранжа - місця в космосі, де гравітаціядвох об'єктів (у нашому випадку Сонця та Землі) ефективно компенсує один одного. Це дозволить супутникові залишатися саме в тому місці, куди його запустили.
Крапки Лагранжа
Математика так працює, що точки L1, L2, та L3не є стабільними. Якийсь час наш супутник, який опинився в цих точках, перебуватиме всередині областей, але потім гравітація таки зміниться і наше космічне тіло полетить далі. Це можна порівняти зі шматочком мармуру, який ми акуратно поклали на вершину перевернутої чаші. Він там лежатиме, але один удар по столу і мармур скотиться вниз.
L4 та L5 є стабільними.Навіть якщо ваш супутник не ідеально дістався до цих точок, гравітація в будь-якому разі ніби підштовхне його в таке становище, щоб він залишався там назавжди. На цей раз наш мармуровий шматочок вже знаходиться на дні чаші, що швидко рухається вправо, тому навіть якщо він не ідеально відцентрований, то переміститься в правильне положення.
Добре. Як використовувати точки Лагранжа?
Дослідники в галузі космонавтики ще у 1970-хроки звернули увагу на точки Лагранжа. Наприклад, у точці L1 системи "Земля - Сонце" можна було б помістити космічну сонячну обсерваторію. Вона ніколи не потраплятиме в тінь Землі, відповідно спостереження можна вести без перерви.
Точка L2 системи «Земля - Сонце» може бутипрактично ідеальною для встановлення у ній космічного телескопа. У ній Земля майже завжди затуляє сонячне світло і не відображає його в це місце, що дозволило б вченим постійно вивчати інші зірки.
У точці L1 системи "Земля - Місяць" можна поміститиретрансляційну станцію під час освоєння супутника Землі. Станція постійно перебуватиме в зоні прямої видимості для більшої частини півкулі Місяця, зверненого до Землі. Тому для зв'язку з нею майбутнім колоністам Місяця знадобляться передавачі в десятки разів менш потужні, ніж для зв'язку із Землею.
Існує безліч проектів, у яких астрофізики планують тим чи іншим чином використовувати точки Лагранжа у своїх дослідженнях.
ISEE-3 - перший космічний апарат, виведений уточку L1 системи "Земля - Сонце". Був запущений ще в 1978 році, в рамках місії повинен був довести, що існування цих точок лібрації (інша назва точок Лагранжа - «Хайтек») взагалі реально, а також досліджувати верхні межі магнітосфери Землі, що проходять якраз на відстані близько 1,5 млн. км від нашої планети. Після цього через десять років зонд був направлений до комет Галлея і Джакобіні — Циннера. Зараз ISEE-3 кілька десятиліть просто перебуває у космосі у вимкненому стані.
У точці L1 системи «Земля - Сонце» заразє кілька місій, у тому числі зонд для вивчення сонячного вітру GGS Wind, станція для вивчення геліосфери SOHO та DSCOVR для аналізу викидів корональної маси.
У точці L2 системи «Земля - Сонце» довгобув супутник WMAP для вивчення реліктового випромінювання, яке виникло під час Великого вибуху (зараз, після завершення місії, відправлений на орбіту поховання), космічна обсерваторія Herschel, космічна обсерваторія Планк, космічний телескоп Gaia. У майбутньому сюди запустять один із найважливіших проектів із вивчення космосу — телескоп імені Джеймса Веббі у 2024 році, який прийде на зміну культовому «Хабблу».
При цьому всі ці об'єкти, звичайно ж, знаходятьсяне в одній точці, а на гало-орбітах навколо областей Лагранжа. Їх досить багато — незважаючи на те, що зонди повинні мати обладнання, що стабілізує, що дозволяє довго утримуватися на них.
Чому тоді на цих точках не мають наміру будувати колонії?
Збираються.Є кілька проектів зі створення колоній у точках Лагранжа, і є навіть громадські об'єднання, які популяризують цю ідею – L5 Society, Republic of Lagrangia та National Space Society. Найвідомішим прихильником створення колонії-поселення людства в точках Лагранжа вважається астрофізик Джерард О'Ніл, який представив концепцію «Острова III» — космічної станції, яка знаходиться в одній стабільній точці.
Острів III
Однак ці теорії мають кілька серйознихтехнічні складнощі: негативний вплив сонячного вітру та інших космічних променів на організм людини. Крім того, всі точки Лагранжа піддаються поки що слабо вивченому впливу плазми в екваторіальній площині магнітосфери Землі. У зв'язку з цим усі поселення, які будуть розташовані в цих точках, мають бути захищені від космічної радіації.
Крім того, у зв'язку з відсутністю гравітаціїпостійні космічні поселення у точках Лагранжа повинні бути обладнані технологіями для створення її штучного аналога. При цьому сьогодні подібних технологій не існує.
Та й найголовніше.Поки що всі теорії зі створення колоній інших планетах — гіпотетичні, їх появи людству необхідно зробити ще дуже багато відкриттів. Історію гонки створення баз на Місяці та Марсі ви можете почитати тут, тут та тут.
Гаразд. Але я бачив, що точки Лагранжа також можуть бути використані для спостереження інопланетянами за Землею!
Можуть. У науковій фантастиці дуже розвинена теорія, що інопланетяни будують свої космічні станції в точках, де немає гравітації, і спостерігають із них за Землею.
З одного боку, деякі точки Лагранжа,особливо в системі «Земля - Сонце», досить складно вивчати, оскільки вони знаходяться надто близько до Сонця (а іноді і за ним). Тому — теоретично — там можуть бути будь-які станції.
З іншого боку, ця теорія залишається лише у науковій фантастиці, оскільки, як ми з вами давно знаємо, існування інопланетян поки що ніким не доведено.