Lagrange Points: Parkeringspladser

Diagram over solen-jorden Lagrange-punkter

Diagram over Lagrange-punkter forbundet med sol-jordsystemet. (Billedkredit: NASA / WMAP Science Team)



Et Lagrange -punkt er et sted i rummet, hvor de kombinerede tyngdekræfter i to store kroppe, såsom Jorden og solen eller Jorden og månen, svarer til centrifugalkraften, der føles af et meget mindre tredje legeme. Samspillet mellem kræfterne skaber et ligevægtspunkt, hvor et rumfartøj kan 'parkeres' for at foretage observationer.



Disse punkter er opkaldt efter Joseph-Louis Lagrange, en matematiker fra det 18. århundrede, der skrev om dem i et papir fra 1772 om det, han kaldte 'tre-kropsproblemet'. De kaldes også Lagrangian -punkter og libreringspunkter.

Struktur af Lagrange -punkter

Der er fem Lagrange -punkter omkring store kroppe som en planet eller en stjerne. Tre af dem ligger langs linjen, der forbinder de to store kroppe. I jord-solsystemet, for eksempel, ligger det første punkt, L1, mellem Jorden og solen omkring 1 million miles fra Jorden. L1 får et uforstyrret udsyn til solen og er i øjeblikket optaget af Solar and Heliospheric Observatory (SOHO) og Deep Space Climate Observatory.



L2 ligger også en million miles fra Jorden, men i den modsatte retning af solen. På dette tidspunkt, med jorden, månen og solen bag sig, kan et rumfartøj få et klart overblik over det dybe rum. NASAs Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP) er i øjeblikket på dette sted og måler den kosmiske baggrundsstråling, der er tilbage fra Big Bang. James Webb -rumteleskopet flytter ind i denne region i 2018.

Det tredje Lagrange -punkt, L3, ligger bag solen, overfor Jordens bane. For nu har videnskaben ikke fundet en anvendelse til dette sted, selvom science fiction har.

NASA vil sandsynligvis ikke finde nogen brug for L3 -punktet, da det til enhver tid forbliver skjult bag solen, NASA skrev på en webside om Lagrange -punkter . Ideen om en skjult 'Planet-X' ved L3-punktet har været et populært emne inden for science fiction-skrivning. Ustabiliteten i Planet X's bane (på en tidsskala på 150 år) forhindrede ikke Hollywood i at vise klassikere som 'The Man from Planet X'.



L1, L2 og L3 er alle ustabile punkter med usikker ligevægt. Hvis et rumfartøj ved L3 drev mod eller væk fra Jorden, ville det falde irreversibelt mod solen eller Jorden, 'som en knap balanceret vogn oven på en stejl bakke', iflg. astronomen Neil DeGrasse Tyson . Rumfartøjer skal foretage små justeringer for at bevare deres baner.

Punkterne L4 og L5 er imidlertid stabile, 'som en bold i en stor skål', ifølge European Space Agency. Disse punkter ligger langs Jordens bane ved 60 grader foran og bag Jorden og danner toppen af ​​to ligesidede trekanter, der har de store masser (for eksempel jorden og solen) som deres hjørner.

På grund af stabiliteten af ​​disse punkter har støv og asteroider tendens til at ophobes i disse områder. Asteroider, der omgiver L4- og L5 -punkterne, kaldes trojanere til ære for asteroiderne Agamemnon, Achilles og Hector (alle karakterer i historien om belejringen af ​​Troja), der er mellem Jupiter og Solen. NASA oplyser, at der har været tusinder af disse typer asteroider fundet i vores solsystem, herunder Jordens eneste kendte trojanske asteroide, 2010 TK7.



L4 og L5 er også mulige punkter for en rumkoloni på grund af deres relative nærhed til Jorden, i hvert fald ifølge skrifterne fra Gerard O'Neill og beslægtede tænkere. I 1970'erne og 1980'erne fremmede en gruppe kaldet L5 Society denne idé blandt sine medlemmer. I slutningen af ​​1980'erne fusionerede det til en gruppe, der nu er kendt som National Space Society, en fortalervirksomhed, der fremmer ideen om at danne civilisationer ud over Jorden.

Fordele ved Lagrange -point

Hvis et rumfartøj bruger et Lagrange -punkt tæt på Jorden, er der mange fordele ved placeringen, fortalte Jet Propulsion Laboratory's Amy Mainzer til demokratija.eu.

Mainzer er hovedforsker ved NEOWISE, en mission, der søger efter asteroider nær jorden ved hjælp af Wide-field Infrared Survey Explorer (WISE) rumfartøj, der kredser tæt på vores planet. Mens WISE klarer sig godt med sin nuværende treårige mission, der afsluttes i 2016, sagde Mainzer, ville et rumfartøj placeret ved et Lagrange-punkt kunne gøre mere.

Langt fra solens forstyrrende varme og lys ville et asteroidejagt rumfartøj ved et Lagrange-punkt være mere følsomt over for de små infrarøde signaler fra asteroider. Det kan pege over en lang række retninger, undtagen meget tæt på solen. Og det ville ikke have brug for kølevæske for at forblive kølig, som WISE krævede for den første fase af sin mission mellem 2009 og 2011 - selve placeringen ville muliggøre naturlig afkøling. James Webb-rumteleskopet vil drage fordel af det termiske miljø ved sol-jordens L2-punkt for at hjælpe med at holde kølig.

L1 og L2 giver dig også mulighed for at have en enorm båndbredde, fordi kommunikationshastighederne over konventionel Ka-band-radio er meget høje, sagde Mainzer. Ellers bliver datahastighederne bare meget langsomme, sagde hun, da et rumfartøj i kredsløb om solen (kendt som heliocentrisk bane) i sidste ende ville drive langt fra Jorden.

Lagrange point videnskab

Flere astronomiske og jordobservatorier er placeret på Lagrange-punkter, hvilket giver et udsigtspunkt på vores planet og rum, som du ikke kan få fra nærbilleder. Forskere udfører også periodiske undersøgelser af små kroppe, der naturligt forekommer på Lagrange -punkter. Her er nogle nylige videnskabelige resultater:

I 2016 udgav NASA en video af Jorden, der snurrede gennem et helt år. Time-lapse var baseret på 3.000 billeder taget hver anden time af EPIC-kameraet på Deep Space Climate Observatory (DSCOVR) satellitten, der var ved L1. Udover at vise smukke udsigter, giver EPIC forskere metrics om klima såsom skyhøjde, ultraviolet reflektivitet eller ozon- og aerosolniveauer.

I februar 2017 brugte OSIRIS-REX-missionen-derefter på vej til asteroiden Bennu-omkring 10 dage på udkig efter yderligere trojanske asteroider i Lagrange-punkter nær Jorden. 'Det ville være det mest fascinerende, vi kunne opdage,' sagde missionsforsker Dante Lauretta, planetforsker ved University of Arizona's Lunar and Planetary Laboratory, til en NASA -videnskabsrådgivende gruppe i januar. Søgningen afslørede ingen nye trojanere, men måske vil andre rumfartøjer se ud igen i fremtiden.

En undersøgelse fra 2017 tyder på, at trojanske asteroider nær Mars er fra planeten og ikke erobrede asteroider fra andre områder i rummet. Den rygende pistol er, at mindst tre af Mars 'ni trojanske asteroider har et højt indhold af olivin. Dette mineral er sjældent i asteroider, men almindeligt på større kroppe (herunder Mars, som har det i slagbassiner). Mens Jorden og Venus også har olivin, sagde hovedforfatter David Polishook, en forsker ved Weizmann Institute i Israel, til demokratija.eu, at det er meget lettere for Mars at fange asteroider fra sin egen overflade.

Referenceredaktør Tim Sharp bidrog til denne artikel.

Yderligere ressourcer