punctul Lagrange l1. Punctele Lagrange și distanța dintre ele. Utilizarea punctului Lagrange pentru a influența clima. Puncte Lagrange: despre ce este vorba

În sistemul de rotație a două corpuri spațiale de o anumită masă, există puncte în spațiu, prin plasarea oricărui obiect de masă mică în care, îl puteți fixa într-o poziție staționară față de aceste două corpuri de rotație. Aceste puncte se numesc puncte Lagrange. Articolul va discuta despre modul în care sunt folosite de oameni.

Ce sunt punctele Lagrange?

Pentru a înțelege această problemă, ar trebui să se îndrepte spre rezolvarea problemei a trei corpuri rotative, dintre care două au o astfel de masă încât masa celui de-al treilea corp este neglijabilă în comparație cu ele. În acest caz, este posibil să găsim poziții în spațiu în care câmpurile gravitaționale ale ambelor corpuri masive vor compensa forța centripetă a întregului sistem rotativ. Aceste poziții vor fi punctele Lagrange. Prin plasarea unui corp de masă mică în ele, se poate observa cum distanțele sale față de fiecare dintre cele două corpuri masive nu se schimbă pentru o perioadă de timp arbitrar lungă. Aici putem face o analogie cu orbita geostaționară, în care satelitul este întotdeauna situat deasupra unui punct de pe suprafața pământului.

Trebuie precizat că corpul care se află în punctul Lagrange (se mai numește și punctul liber sau punctul L), față de observatorul extern, se mișcă în jurul fiecăruia dintre cele două corpuri cu o masă mare, dar această mișcare, împreună cu mișcarea celor două corpuri rămase ale sistemului, are un asemenea caracter încât față de fiecare dintre ele al treilea corp este în repaus.

Câte dintre aceste puncte și unde sunt situate?

Pentru un sistem de rotație a două corpuri cu absolut orice masă, există doar cinci puncte L, care sunt de obicei notate L1, L2, L3, L4 și L5. Toate aceste puncte sunt situate în planul de rotație al corpurilor considerate. Primele trei puncte sunt pe linia care leagă centrele de masă ale celor două corpuri astfel încât L1 să fie situat între corpuri, iar L2 și L3 în spatele fiecăruia dintre corpuri. Punctele L4 și L5 sunt situate în așa fel încât dacă le vom conecta pe fiecare dintre ele cu centrele de masă a două corpuri ale sistemului, vom obține două triunghiuri identice în spațiu. Figura de mai jos arată toate punctele Lagrange Pământ-Soare.

Săgețile albastre și roșii din figură arată direcția forței rezultate atunci când se apropie de punctul liber corespunzător. Din figură se poate observa că ariile punctelor L4 și L5 sunt mult mai mari decât ariile punctelor L1, L2 și L3.

Referință istorică

Existența punctelor libere într-un sistem de trei corpuri rotative a fost dovedită pentru prima dată de un matematician italo-francez în 1772. Pentru a face acest lucru, omul de știință a fost nevoit să introducă câteva ipoteze și să dezvolte propria sa mecanică, diferită de mecanica lui Newton.

Lagrange a calculat punctele L, care au fost numite după el, pentru orbitele circulare ideale de revoluție. În realitate, orbitele sunt eliptice. Acest din urmă fapt duce la faptul că nu mai există puncte Lagrange, ci există regiuni în care al treilea corp de masă mică realizează o mișcare circulară similară mișcării fiecăruia dintre cele două corpuri masive.

Punctul liber L1

Existența punctului Lagrange L1 este ușor de demonstrat folosind următorul raționament: să luăm ca exemplu Soarele și Pământul, conform celei de-a treia legi a lui Kepler, cu cât corpul este mai aproape de stea sa, cu atât perioada de rotație în jurul acesteia este mai scurtă. stea (pătratul perioadei de rotație a corpului este direct proporțional cu cubul distanței medii de la corpuri la stele). Aceasta înseamnă că orice corp care se află între Pământ și Soare se va învârti în jurul stelei mai repede decât planeta noastră.

Cu toate acestea, nu ia în considerare influența gravitației celui de-al doilea corp, adică Pământul. Dacă luăm în considerare acest fapt, atunci putem presupune că, cu cât este mai aproape de Pământ al treilea corp de masă mică, cu atât mai puternică va fi opoziția față de gravitația solară a Pământului. Ca urmare, va exista un astfel de punct în care gravitația Pământului va încetini viteza de rotație a celui de-al treilea corp în jurul Soarelui, astfel încât perioadele de rotație ale planetei și ale corpului să devină egale. Acesta va fi punctul liber L1. Distanța până la punctul Lagrange L1 față de Pământ este de 1/100 din raza orbitei planetei în jurul stelei și este de 1,5 milioane km.

Cum se utilizează regiunea L1? Acesta este un loc ideal pentru a observa radiația solară, așa cum nu există niciodată eclipsele de soare. În prezent, mai mulți sateliți sunt localizați în regiunea L1, care sunt angajați în studiul vântului solar. Una dintre ele este cea europeană satelit artificial SOHO.

În ceea ce privește acest punct Lagrange Pământ-Lună, acesta este situat la aproximativ 60.000 km de Lună și este folosit ca punct de „tranzit” în timpul misiunilor navelor spațiale și sateliților către și dinspre Lună.

Punctul liber L2

Argumentând în mod similar cu cazul precedent, putem concluziona că într-un sistem de două corpuri de revoluție în afara orbitei unui corp cu o masă mai mică, ar trebui să existe o regiune în care scăderea forței centrifuge este compensată de gravitația acestui corp, ceea ce duce la alinierea perioadelor de rotație a unui corp cu o masă mai mică și a unui al treilea corp în jurul corpului cu greutate mai mare. Această zonă este un punct liber L2.

Dacă luăm în considerare sistemul Soare-Pământ, atunci până la acest punct Lagrange distanța de la planetă va fi exact aceeași ca până la punctul L1, adică 1,5 milioane km, doar L2 este situat în spatele Pământului și mai departe de Soare. . Deoarece nu există nicio influență a radiației solare în regiunea L2 datorită protecției pământului, acesta este folosit pentru observarea Universului, având aici diverși sateliți și telescoape.

În sistemul Pământ-Lună, punctul L2 este situat dincolo tovarăș natural Pământul la o distanță de 60.000 km. Lunar L2 conține sateliți care sunt utilizați pentru a observa partea îndepărtată a Lunii.

Puncte libere L3, L4 și L5

Punctul L3 din sistemul Soare-Pământ este situat în spatele stelei, deci nu poate fi observat de pe Pământ. Punctul nu este folosit în niciun fel, deoarece este instabil datorită influenței gravitației altor planete, precum Venus.

Punctele L4 și L5 sunt regiunile Lagrange cele mai stabile, așa că există asteroizi sau praf cosmic aproape de aproape fiecare planetă. De exemplu, doar praful cosmic există în aceste puncte Lagrange ale Lunii, în timp ce asteroizii troieni sunt localizați la L4 și L5 ale lui Jupiter.

Alte utilizări pentru punctele gratuite

Pe lângă instalarea de sateliți și observarea spațiului, punctele Lagrange ale Pământului și ale altor planete pot fi folosite și pentru călătorii în spațiu. Din teoria rezultă că mișcările diferitelor planete prin punctele Lagrange sunt favorabile energetic și necesită o cantitate mică de energie.

Un alt exemplu interesant de utilizare a punctului L1 al Pământului a fost proiectul de fizică al unui școlar ucrainean. El a propus să plaseze un nor de praf de asteroizi în această zonă, care să protejeze Pământul de vântul solar distructiv. Astfel, punctul poate fi folosit pentru a influența clima întregii planete albastre.

Punctele Lagrange sunt zone din sistemul a două corpuri cosmice cu o masă mare, în care un al treilea corp cu o masă mică poate rămâne nemișcat pentru o perioadă lungă de timp în raport cu aceste corpuri.

În știința astronomică, punctele Lagrange sunt numite și puncte de librare (librare din latină librātiō - balansare) sau puncte L. Ele au fost descoperite pentru prima dată în 1772 de celebrul matematician francez Joseph Louis Lagrange.

Punctele Lagrange sunt cel mai des menționate în rezolvarea problemei restrânse cu trei corpuri. În această problemă, trei corpuri au orbite circulare, dar masa unuia dintre ele este mai mică decât masa oricăruia dintre celelalte două obiecte. Două corpuri mari din acest sistem se învârt în jurul unui centru de masă comun, având o constantă viteză unghiulară. În zona din jurul acestor corpuri există cinci puncte în care un corp a cărui masă este mai mică decât masa oricăruia dintre cele două obiecte mari poate rămâne nemișcat. Acest lucru se datorează faptului că forțele gravitaționale care acționează asupra acestui corp sunt compensate de forțele centrifuge. Aceste cinci puncte sunt numite puncte Lagrange.

Punctele Lagrange se află în planul orbitelor corpurilor masive. În astronomia modernă, ele sunt notate cu litera latină „L”. De asemenea, în funcție de locația sa, fiecare dintre cele cinci puncte are propriul său număr de serie, care este indicat printr-un index numeric de la 1 la 5. Primele trei puncte Lagrange se numesc coliniare, celelalte două sunt troiene sau triunghiulare.

Locația celor mai apropiate puncte Lagrange și exemple de puncte

Indiferent de tipul corpurilor cerești masive, punctele Lagrange vor avea întotdeauna aceeași locație în spațiul dintre ele. Primul punct Lagrange se află între două obiecte masive, mai aproape de cel cu masă mai mică. Al doilea punct Lagrange se află în spatele corpului mai puțin masiv. Al treilea punct Lagrange este situat la o distanță considerabilă în spatele corpului cu o masă mai mare. Locația exactă a acestor trei puncte este calculată folosind formule matematice speciale individual pentru fiecare sistem binar cosmic, ținând cont de caracteristicile sale fizice.

Dacă vorbim despre punctele Lagrange cele mai apropiate de noi, atunci primul punct Lagrange din sistemul Soare-Pământ se va afla la o distanță de un milion și jumătate de kilometri de planeta noastră. În acest moment, atracția Soarelui va fi cu două procente mai puternică decât pe orbita planetei noastre, în timp ce scăderea forței centripete necesare va fi la jumătate. Ambele efecte la un anumit punct vor fi echilibrate de atracția gravitațională a Pământului.

Primul punct Lagrange din sistemul Pământ-Soare este un punct de observare convenabil pentru principala stea a sistemului nostru planetar - Soarele. Aici astronomii caută să plaseze observatoare spațiale pentru a observa această stea. Deci, de exemplu, în 1978, nava spațială ISEE-3, concepută pentru a observa Soarele, a fost situată în apropierea acestui punct. În anii următori, navele spațiale, DSCOVR, WIND și ACE au fost lansate în zona acestui punct.

Al doilea și al treilea puncte Lagrange

Gaia, un telescop situat la al doilea punct Lagrange

Al doilea punct Lagrange este situat în sistemul binar de obiecte masive din spatele corpului cu masă mai mică. Utilizarea acestui punct în știința astronomică modernă se reduce la amplasarea de observatoare și telescoape spațiale în zona sa. În acest moment, astfel de nave spațiale precum Herschel, Plank, WMAP și sunt situate în acest punct. În 2018, o altă navă spațială, James Webb, ar trebui să meargă acolo.

Al treilea punct Lagrange se află în sistemul binar la o distanță considerabilă în spatele obiectului mai masiv. Dacă vorbim despre sistemul Soare-Pământ, atunci un astfel de punct se va afla în spatele Soarelui, la o distanță puțin mai mare decât cea la care se află orbita planetei noastre. Acest lucru se datorează faptului că, în ciuda dimensiunilor sale mici, Pământul are încă un ușor efect gravitațional asupra Soarelui. Sateliții aflați în această regiune a spațiului pot transmite informații precise despre Soare, apariția unor noi „pete” pe stea către Pământ și, de asemenea, pot transmite date despre vremea spațială.

Al patrulea și al cincilea puncte Lagrange

Al patrulea și al cincilea punct Lagrange se numesc triunghiular. Dacă într-un sistem format din două obiecte spațiale masive care se rotesc în jurul unui centru de masă comun, pe baza unei linii care leagă aceste obiecte, desenați mental două triunghiuri echilaterale, ale căror vârfuri vor corespunde poziției a două corpuri masive, atunci al patrulea și al cincilea punct Lagrange vor fi în locul trei vârfuri ale acestor triunghiuri. Adică se vor afla în planul orbital al celui de-al doilea obiect masiv, la 60 de grade în spatele și în fața acestuia.

Punctele Lagrange triunghiulare sunt numite și puncte „troiene”. Al doilea nume al punctelor provine de la asteroizii troieni ai lui Jupiter, care sunt cea mai strălucitoare manifestare vizuală a celui de-al patrulea și al cincilea punct Lagrange de pe planeta noastră. sistem solar.

În prezent, al patrulea și al cincilea punct Lagrange din sistemul binar Soare-Pământ nu sunt folosite în niciun fel. În 2010, la al patrulea punct Lagrange al acestui sistem, oamenii de știință au descoperit un asteroid destul de mare. Nu sunt observate obiecte spațiale mari în al cincilea punct Lagrange în această etapă, cu toate acestea, date recente ne spun că există o acumulare mare de praf interplanetar.

1. În 2009, două nave spațiale STEREO au zburat peste al patrulea și al cincilea punct Lagrange.
2. Punctele Lagrange sunt adesea folosite în science fiction. Adesea, în aceste zone ale spațiului, în jurul sistemelor binare, scriitorii de science fiction își plasează ficțiunea stații spațiale, gropi de gunoi, asteroizi și chiar alte planete.
3. În 2018, oamenii de știință intenționează să plaseze telescopul spațial James Webb în al doilea punct Lagrange din binarul Soare-Pământ. Acest telescop urmează să înlocuiască telescopul spațial actual " ", care se află în acest punct. În 2024, oamenii de știință intenționează să plaseze un alt telescop PLATO în acest moment.
4. Primul punct Lagrange din sistemul Lună-Pământ ar putea fi o locație excelentă pentru o stație orbitală cu echipaj, care ar putea reduce semnificativ costul resurselor necesare pentru a ajunge de la Pământ la Lună.
5. Două telescoape spațiale „Planck” și „”, care au fost lansate în spațiu în 2009, se află în prezent în al doilea punct Lagrange din sistemul Soare-Pământ.

Când Joseph Louis Lagrange a lucrat la problema a două corpuri masive (problema restrânsă a trei corpuri), el a descoperit că într-un astfel de sistem există 5 puncte cu următoarea proprietate: dacă în ele sunt situate corpuri cu o masă neglijabil de mică (în raport cu cele masive). corpuri), atunci aceste corpuri vor fi imobile în raport cu acele două corpuri masive. Punct important: corpurile masive trebuie să se rotească în jurul unui centru de masă comun, dar dacă cumva pur și simplu se odihnesc, atunci toată această teorie nu este aplicabilă aici, acum veți înțelege de ce.

Cel mai de succes exemplu, desigur, este Soarele și Pământul și le vom lua în considerare. Primele trei puncte L1, L2, L3 sunt pe linia care leagă centrele de masă ale Pământului și Soarelui.

Punctul L1 este între corpuri (mai aproape de Pământ). De ce este acolo? Imaginează-ți că între Pământ și Soare se află un asteroid mic care se învârte în jurul Soarelui. De regulă, corpurile din interiorul orbitei Pământului au o frecvență de revoluție mai mare decât cea a Pământului (dar nu neapărat). Deci, dacă asteroidul nostru are o frecvență mai mare de revoluție, atunci din când în când va zbura pe lângă planeta noastră și o va încetini cu gravitația sa și, în cele din urmă, frecvența de revoluție a asteroidului va fi aceeași cu cea a Pământului. Dacă Pământul are o frecvență mai mare de revoluție, atunci acesta, zburând din când în când pe lângă asteroid, îl va trage și îl va accelera, iar rezultatul este același: frecvențele de revoluție ale Pământului și ale asteroidului vor deveni egale. Dar acest lucru este posibil doar dacă orbita asteroidului trece prin punctul L1.

Punctul L2 este în spatele Pământului. Poate părea că asteroidul nostru imaginar în acest punct ar trebui să fie atras de Pământ și Soare, deoarece se aflau pe aceeași parte a acestuia, dar nu. Nu uitați că sistemul se rotește, iar din această cauză, forța centrifugă care acționează asupra asteroidului este echilibrată de forțele gravitaționale ale Pământului și ale Soarelui. Corpurile din afara orbitei Pământului, în general, frecvența revoluției este mai mică decât cea a Pământului (din nou, nu întotdeauna). Deci esența este aceeași: orbita asteroidului trece prin L2 și Pământul, zburând din când în când, trage asteroidul împreună cu el, egalând în cele din urmă frecvența revoluției sale cu a sa.

Punctul L3 este în spatele Soarelui. Amintiți-vă, scriitorii anteriori de science fiction au avut o astfel de idee că de cealaltă parte a Soarelui există o altă planetă, cum ar fi Contra-Pământul? Deci, punctul L3 este aproape acolo, dar puțin mai departe de Soare și nu tocmai pe orbita Pământului, deoarece centrul de masă al sistemului „Soare-Pământ” nu coincide cu centrul de masă al Soarelui. Cu frecvența de revoluție a asteroidului în punctul L3, totul este evident, ar trebui să fie la fel cu cea a Pământului; dacă este mai puțin, asteroidul va cădea pe Soare, dacă este mai mult, va zbura. Apropo, acest punct este cel mai instabil, se leagănă din cauza influenței altor planete, în special Venus.

L4 și L5 sunt situate pe o orbită care este puțin mai mare decât cea a Pământului și astfel: imaginați-vă că din centrul de masă al sistemului „Soare-Pământ” am tras un fascicul către Pământ și un alt fascicul, astfel încât unghiul dintre aceste grinzi aveau 60 de grade. Și în ambele direcții, adică în sens invers acelor de ceasornic și de-a lungul acestuia. Deci, pe un astfel de fascicul este L4, iar pe celălalt L5. L4 se va afla în fața Pământului în direcția de deplasare, adică ca și cum ar fi fugit de Pământ, iar L5, respectiv, va ajunge din urmă Pământul. Distanțele de la oricare dintre aceste puncte până la Pământ și la Soare sunt aceleași. Acum, amintindu-ne de legea gravitației universale, observăm că forța de atracție este proporțională cu masa, ceea ce înseamnă că asteroidul nostru din L4 sau L5 va fi atras de Pământ de atâtea ori mai slab cât este Pământul mai ușor decât Soarele. Dacă vectorii acestor forțe sunt construiți pur geometric, atunci rezultanta lor va fi direcționată exact către baricentrul (centrul de masă al sistemului „Soare-Pământ”). Soarele și Pământul se rotesc în jurul baricentrului cu aceeași frecvență, iar asteroizii din L4 și L5 se vor roti și ei cu aceeași frecvență. L4 se numesc greci, iar L5 se numesc troieni în onoarea asteroizilor troieni ai lui Jupiter (mai multe pe Wiki).

Indiferent de obiectivul pe care ți-ai propus, indiferent de misiune pe care o plănuiești - unul dintre cele mai mari obstacole în calea ta în spațiu va fi combustibilul. Este evident că este nevoie deja de o anumită cantitate pentru a părăsi Pământul. Cu cât trebuie să scoateți mai multă marfă din atmosferă, cu atât aveți nevoie de mai mult combustibil. Dar din această cauză, racheta devine și mai grea, iar totul se transformă într-un cerc vicios. Acesta este ceea ce ne împiedică să trimitem mai multe stații interplanetare la adrese diferite pe o rachetă - pur și simplu nu are suficient spațiu pentru combustibil. Cu toate acestea, în anii 80 ai secolului trecut, oamenii de știință au găsit o lacună - o modalitate de a călători în jurul sistemului solar, aproape fără a folosi combustibil. Se numește Rețeaua de transport interplanetar.

Metode actuale de zbor spațial

Astăzi, deplasarea între obiecte din sistemul solar, cum ar fi călătoria de pe Pământ pe Marte, necesită de obicei un așa-numit zbor cu elipsă Hohmann. Transportatorul este lansat și apoi accelerează până când este dincolo de orbita lui Marte. Aproape de planeta roșie, racheta încetinește și începe să se rotească în jurul țintei destinației sale. Atât pentru accelerare, cât și pentru decelerare, arde mult combustibil, dar, în același timp, elipsa Hohmann rămâne una dintre cele mai moduri eficiente deplasarea între două obiecte din spațiu.

Elipse Goman-Dug I - zbor de la Pământ la Venus. Arc II - zbor de la Venus pe Marte Arc III - întoarcere de la Marte pe Pământ.

Se folosesc și manevre gravitaționale, care pot fi și mai eficiente. făcându-le, nava spatiala accelerează folosind forța gravitațională a unui corp ceresc mare. Creșterea vitezei este foarte semnificativă aproape fără utilizarea combustibilului. Folosim aceste manevre ori de câte ori ne trimitem stațiile într-o călătorie lungă de pe Pământ. Cu toate acestea, dacă nava după manevra gravitațională trebuie să intre pe orbita unei planete, ea trebuie totuși să încetinească. Desigur, vă amintiți că aceasta necesită combustibil.

Tocmai din acest motiv, la sfârșitul secolului trecut, unii oameni de știință au decis să abordeze rezolvarea problemei din cealaltă parte. Ei au tratat gravitația nu ca pe o praștie, ci ca pe un peisaj geografic și au formulat ideea unei rețele de transport interplanetar. Trambulinele de intrare și de ieșire în el erau punctele Lagrange - cinci districte de lângă corpuri cerești unde gravitația și forțele de rotație intră în echilibru. Ele există în orice sistem în care un corp se învârte în jurul altuia și, fără pretenții de originalitate, sunt numerotate de la L1 la L5.

Dacă plasăm o navă spațială în punctul Lagrange, aceasta va sta acolo la infinit, deoarece gravitația nu o trage într-un fel mai mult decât în ​​celălalt. Cu toate acestea, nu toate aceste puncte sunt, la figurat vorbind, create egale. Unele dintre ele sunt stabile - dacă te miști puțin în lateral în timp ce înăuntru, gravitația te va întoarce la locul respectiv - ca o minge la fundul unei văi de munte. Alte puncte Lagrange sunt instabile - dacă te miști puțin, vei începe să fii purtat de acolo. Obiectele de aici sunt ca o minge pe vârful unui deal - va rămâne acolo dacă este bine plasată sau dacă este ținută acolo, dar chiar și o adiere ușoară este suficientă pentru ca ea să prindă viteză și să se rostogolească în jos.

Peisaj de dealuri și văi ale spațiului

Navele spațiale care zboară în jurul sistemului solar iau în considerare toate aceste „dealuri” și „văi” în timpul zborului și în etapa de așezare a traseului. Cu toate acestea, rețeaua de transport interplanetar îi obligă să lucreze în beneficiul societății. După cum știți deja, fiecare orbită stabilă are cinci puncte Lagrange. Acesta este sistemul Pământ-Lună și sistemul Soare-Pământ și sistemele tuturor sateliților lui Saturn cu Saturn însuși... Puteți continua, la urma urmei, în Sistemul Solar, multe lucruri se învârt în jurul a ceva.

Punctele Lagrange sunt peste tot și peste tot, chiar dacă își schimbă constant locația specifică în spațiu. Ei urmăresc întotdeauna orbita obiectului mai mic al sistemului de rotație, iar acest lucru creează un peisaj în continuă schimbare de dealuri și văi gravitaționale. Cu alte cuvinte, distribuția forțelor gravitaționale în sistemul solar se modifică în timp. Uneori, atracția în anumite coordonate spațiale este îndreptată către Soare, într-un alt moment în timp - către o planetă, și se mai întâmplă ca un punct Lagrange să treacă prin ele, iar echilibrul domnește în acest loc, când nimeni nu trage nicăieri.

Metafora dealurilor și văilor ne ajută să reprezentăm mai bine această idee abstractă, așa că o vom mai folosi de câteva ori. Uneori în spațiu se întâmplă ca un deal să treacă pe lângă un alt deal sau o altă vale. Ele se pot suprapune chiar. Și chiar în acest moment, mișcările cosmice devin deosebit de eficiente. De exemplu, dacă dealul dvs. gravitațional se suprapune pe o vale, vă puteți „rula” în ea. Dacă un alt deal se suprapune pe dealul tău, poți sări din vârf în vârf.

Cum se utilizează rețeaua de transport interplanetar?

Când punctele Lagrange ale diferitelor orbite se apropie unul de celălalt, nu este nevoie de aproape niciun efort pentru a trece de la una la alta. Aceasta înseamnă că, dacă nu vă grăbiți și sunteți gata să așteptați apropierea lor, puteți sări de pe orbită în orbită, de exemplu, de-a lungul rutei Pământ-Marte-Jupiter și dincolo, aproape fără a cheltui combustibil. Este ușor de înțeles că această idee este folosită de Rețeaua de transport interplanetar. Rețeaua de puncte Lagrange în continuă schimbare este ca un drum întortocheat care vă permite să vă deplasați între orbite cu un consum redus de combustibil.

În comunitatea științifică, aceste mișcări punct la punct sunt numite traiectorii de transfer cu costuri reduse și au fost deja folosite de mai multe ori în practică. Una dintre cele mai exemple celebre este o încercare disperată, dar reușită de a salva stația lunară japoneză în 1991, când nava spatiala era prea puțin combustibil pentru a-și îndeplini misiunea în mod tradițional. Din păcate, nu putem folosi această tehnică în mod regulat, deoarece se poate aștepta o combinație favorabilă de puncte Lagrange pentru decenii, secole și chiar mai mult.

Dar, dacă timpul nu se grăbește, ne putem permite să trimitem o sondă în spațiu, care va aștepta cu calm combinațiile necesare și va colecta informații în restul timpului. După ce a așteptat, va sări pe o altă orbită și va efectua observații, fiind deja pe ea. Această sondă va fi capabilă să călătorească în jurul sistemului solar pentru o perioadă nelimitată de timp, înregistrând tot ce se întâmplă în vecinătatea sa și reumple bagajul științific al civilizației umane. Este clar că acest lucru va fi fundamental diferit de modul în care explorăm spațiul acum, dar această metodă pare promițătoare, inclusiv pentru viitoarele misiuni pe termen lung.

Punctele Lagrange sunt numite după faimosul matematician din secolul al XVIII-lea care a descris conceptul Problemei celor trei corpuri în lucrarea sa din 1772. Aceste puncte sunt numite și puncte lagrangiene, precum și puncte de librare.

Dar ce este punctul Lagrange din punct de vedere științific, nu istoric?

Un punct lagrangian este un punct din spațiu în care gravitația combinată a două corpuri destul de mari, cum ar fi Pământul și Soarele, Pământul și Luna, este egală cu forța centrifugă resimțită de un al treilea corp mult mai mic. Ca rezultat al interacțiunii tuturor acestor corpuri, se creează un punct de echilibru în care nava spațială poate parca și își poate efectua observațiile.

Cunoaștem cinci astfel de puncte. Trei dintre ele sunt situate de-a lungul liniei care leagă cele două obiecte mari. Dacă luăm legătura Pământului cu Soarele, atunci primul punct L1 se află chiar între ele. Distanța de la Pământ până la el este de un milion de mile. Din acest punct, vederea Soarelui este mereu deschisă. Astăzi este complet surprins de „ochii” SOHO – Observatorul Soarelui și Heliosfera, precum și Observatorul Climei Spațiului Adânc.

Apoi mai este L2, care se află la un milion de mile de Pământ, la fel ca sora sa. Cu toate acestea, în direcția opusă față de Soare. În acest moment, cu Pământul, Soarele și Luna în spate, nava spațială poate obține o vedere perfectă a spațiului adânc.

Astăzi, oamenii de știință măsoară radiația cosmică de fond de la Big Bang în această zonă. Este planificată mutarea telescopului spațial James Webb în această regiune în 2018.

Un alt punct Lagrange - L3 - este situat în direcția opusă față de Pământ. Întotdeauna se află în spatele Soarelui și este ascuns pentru totdeauna. Apropo, un număr mare de science-fiction au spus lumii despre o anumită planetă secretă X, aflată tocmai în acest moment. A existat chiar și un film de la Hollywood Man from Planet X.

Cu toate acestea, merită remarcat faptul că toate cele trei puncte sunt instabile. Au un echilibru instabil. Cu alte cuvinte, dacă nava spațială s-ar îndrepta către sau departe de Pământ, atunci ar cădea inevitabil fie pe Soare, fie pe planeta noastră. Adică ar fi în rolul unui cărucior situat pe vârful unui deal foarte abrupt. Așa că navele vor trebui să facă constant ajustări, astfel încât să nu se întâmple o tragedie.

E bine că există mai multe puncte stabile - L4, L5. Stabilitatea lor este comparată cu o minge într-un castron mare. Aceste puncte sunt situate de-a lungul orbitei pământului la șaizeci de grade în spatele și în fața casei noastre. Astfel, se formează două triunghiuri echilaterale, în care mase mari ies ca vârfuri, de exemplu, Pământul sau Soarele.

Deoarece aceste puncte sunt stabile, praful cosmic și asteroizii se acumulează constant în zona lor. Mai mult, asteroizii sunt numiți troieni, deoarece sunt numiți cu următoarele nume: Agamemnon, Ahile, Hector. Sunt situate între Soare și Jupiter. Potrivit NASA, există mii de astfel de asteroizi, inclusiv faimosul troian 2010 TK7.

Se crede că L4, L5 sunt grozave pentru organizarea coloniilor acolo. Mai ales datorită faptului că sunt destul de aproape de glob.

Atractivitatea punctelor Lagrange

Departe de căldura soarelui, navele din punctele Lagrange L1 și 2 pot fi suficient de sensibile pentru a folosi razele infraroșii provenite de la asteroizi. Mai mult, în acest caz, nu ar fi necesară răcirea carcasei. Aceste semnale în infraroșu pot fi folosite ca direcții de ghidare, evitând calea către Soare. De asemenea, aceste puncte au un randament destul de mare. Viteza de comunicare este mult mai mare decât atunci când utilizați banda Ka. La urma urmei, dacă nava se află pe o orbită heliocentrică (în jurul Soarelui), atunci o distanță prea mare de Pământ va avea un efect negativ asupra ratei de transfer de date.