Lagrange Points: Parkeringsplasser

Diagram over solen-jorden Lagrange-punkter

Diagram over Lagrange-punktene knyttet til sol-jordsystemet. (Bildekreditt: NASA / WMAP Science Team)



Et Lagrange -punkt er et sted i verdensrommet der de kombinerte gravitasjonskreftene til to store kropper, for eksempel jorden og solen eller jorden og månen, er lik sentrifugalkraften som føles av et mye mindre tredje legeme. Samspillet mellom kreftene skaper et likevektspunkt hvor et romfartøy kan parkeres for å gjøre observasjoner.



Disse punktene er oppkalt etter Joseph-Louis Lagrange, en matematiker fra 1700-tallet som skrev om dem i et papir fra 1772 om det han kalte 'tre-kroppsproblemet'. De kalles også Lagrangian -punkter og libreringspunkter.

Struktur av Lagrange -poeng

Det er fem Lagrange -punkter rundt store kropper som en planet eller en stjerne. Tre av dem ligger langs linjen som forbinder de to store kroppene. I jord-solsystemet, for eksempel, ligger det første punktet, L1, mellom jorden og solen omtrent 1 million miles fra jorden. L1 får en uforstyrret utsikt over solen, og er for tiden okkupert av Solar and Heliospheric Observatory (SOHO) og Deep Space Climate Observatory.



L2 ligger også en million miles fra jorden, men i motsatt retning av solen. På dette tidspunktet, med jorden, månen og solen bak seg, kan et romfartøy få et klart syn på dypt rom. NASAs Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP) er for tiden på dette stedet og måler den kosmiske bakgrunnsstrålingen som er igjen fra Big Bang. James Webb romteleskop vil flytte inn i denne regionen i 2018.

Det tredje Lagrange -punktet, L3, ligger bak solen, overfor Jordens bane. Foreløpig har ikke vitenskap funnet en bruk for dette stedet, selv om science fiction har gjort det.

NASA finner neppe noen bruk for L3 -punktet siden det til enhver tid forblir skjult bak solen, NASA skrev på en nettside om Lagrange -poeng . Ideen om en skjult 'Planet-X' på L3-punktet har vært et populært tema innen science fiction-skriving. Ustabiliteten til Planet Xs bane (på en tidsskala på 150 år) stoppet ikke Hollywood fra å slå ut klassikere som 'The Man from Planet X.'



L1, L2 og L3 er alle ustabile punkter med usikker likevekt. Hvis et romfartøy ved L3 drev mot eller bort fra jorden, ville det falle irreversibelt mot solen eller jorden, 'som en knapt balansert vogn på en bratt bakke', ifølge astronomen Neil DeGrasse Tyson . Romfartøy må gjøre små justeringer for å opprettholde banene sine.

Poeng L4 og L5 er imidlertid stabile, 'som en ball i en stor bolle', ifølge European Space Agency. Disse punktene ligger langs jordens bane i 60 grader foran og bak jorden, og danner toppen av to likesidige trekanter som har de store massene (for eksempel jorden og solen) som sine hjørner.

På grunn av stabiliteten til disse punktene, har støv og asteroider en tendens til å samle seg i disse områdene. Asteroider som omgir L4- og L5 -punktene kalles trojanere til ære for asteroidene Agamemnon, Achilles og Hector (alle karakterene i historien om beleiringen av Troja) som er mellom Jupiter og Solen. NASA uttaler at det har vært tusenvis av disse typer asteroider funnet i vårt solsystem, inkludert Jordens eneste kjente trojanske asteroide, 2010 TK7.



L4 og L5 er også mulige poeng for en romkoloni på grunn av deres relative nærhet til Jorden, i hvert fall i henhold til skriftene til Gerard O'Neill og beslektede tenkere. På 1970- og 1980 -tallet fremmet en gruppe kalt L5 Society denne ideen blant medlemmene. På slutten av 1980 -tallet fusjonerte det til en gruppe som nå er kjent som National Space Society, en talsmannsorganisasjon som fremmer ideen om å danne sivilisasjoner utenfor Jorden.

Fordeler med Lagrange -poeng

Hvis et romfartøy bruker et Lagrange -punkt nær Jorden, er det mange fordeler med stedet, sa Jet Propulsion Laboratory's Amy Mainzer til demokratija.eu.

Mainzer er hovedforsker for NEOWISE, et oppdrag som søker etter asteroider nær jorden ved hjelp av Wide-field Infrared Survey Explorer (WISE) romfartøy som går i bane nær planeten vår. Mens WISE gjør det bra med sitt nåværende treårige oppdrag som avsluttes i 2016, sa Mainzer, et romfartøy plassert ved et Lagrange-punkt ville være i stand til å gjøre mer.

Langt fra forstyrrende varme og lys fra solen ville et asteroidejakt-romfartøy ved et Lagrange-punkt være mer følsomt for de små infrarøde signalene fra asteroider. Det kan peke over et bredt spekter av retninger, bortsett fra veldig nær solen. Og det trenger ikke kjølevæske for å holde seg kjølig, slik WISE krevde for den første fasen av oppdraget mellom 2009 og 2011 - selve stedet ville tillate naturlig kjøling. James Webb-romteleskopet vil dra fordel av det termiske miljøet ved sol-jordens L2-punkt for å holde kjølig.

L1 og L2 lar deg også ha enorm båndbredde fordi kommunikasjonshastighetene over konvensjonelle Ka-bandradio er veldig høye, sa Mainzer. Ellers blir datahastigheten bare veldig treg, sa hun, siden et romfartøy i bane rundt solen (kjent som heliosentrisk bane) til slutt ville drive langt fra jorden.

Lagrange point science

Flere astronomiske observasjoner og jordobservatorier er plassert på Lagrange-punktene, og gir et utsiktspunkt på planeten vår og verdensrommet som du ikke kan få fra nærbilde. Forskere utfører også periodiske studier av små kropper som naturlig forekommer på Lagrange -punkter. Her er noen nylige vitenskapsresultater:

I 2016 ga NASA ut en video av Jorden som snurrer gjennom et helt år. Tidsforløpet var basert på 3000 bilder tatt annenhver time av EPIC-kameraet på Deep Space Climate Observatory (DSCOVR) satellitt, som var ved L1. I tillegg til å vise vakker utsikt, gir EPIC forskere metrik om klima som skyhøyde, ultrafiolett reflektivitet eller ozon- og aerosolnivåer.

I februar 2017 brukte OSIRIS-REX-oppdraget-da den var på vei til asteroiden Bennu-omtrent 10 dager på jakt etter ytterligere trojanske asteroider i Lagrange-punkter nær jorden. 'Det ville være det mest fascinerende vi kunne oppdage,' sa oppdragsforsker Dante Lauretta, planetforsker ved University of Arizona's Lunar and Planetary Laboratory, til en vitenskapsrådgivende gruppe i NASA i januar. Søket avslørte ingen nye trojanere, men kanskje andre romfartøy vil se igjen i fremtiden.

En studie fra 2017 antyder at trojanske asteroider nær Mars er fra planeten, og ikke fanget asteroider fra andre områder i verdensrommet. Røykepistolen er at minst tre av Mars 'ni trojanske asteroider inneholder mye olivin. Dette mineralet er sjeldent i asteroider, men vanlig på større kropper (inkludert Mars, som har det i nedslagsbassenger). Mens Jorden og Venus også har olivin, sa hovedforfatter David Polishook, forsker ved Weizmann Institute i Israel, til demokratija.eu at det er mye lettere for Mars å fange asteroider fra sin egen overflate.

Referanseditor Tim Sharp bidro til denne artikkelen.

Tilleggsressurser