Lagrange Points: Parkeringsplatser

Diagram över solen-jorden Lagrange-punkter

Diagram över Lagrange-punkterna associerade med sol-jordsystemet. (Bildkredit: NASA / WMAP Science Team)





En Lagrange -punkt är en plats i rymden där de kombinerade gravitationskrafterna hos två stora kroppar, till exempel jorden och solen eller jorden och månen, motsvarar centrifugalkraften som känns av en mycket mindre tredje kropp. Samverkan mellan krafterna skapar en jämviktspunkt där ett rymdfarkoster kan 'parkeras' för att göra observationer.

Dessa punkter är uppkallade efter Joseph-Louis Lagrange, en matematiker från 1700-talet som skrev om dem i ett papper från 1772 om vad han kallade 'trekroppsproblemet'. De kallas också Lagrangian -punkter och libreringspunkter.

Struktur för Lagrange -poäng

Det finns fem Lagrange -punkter runt stora kroppar som en planet eller en stjärna. Tre av dem ligger längs linjen som förbinder de två stora kropparna. I jord-solsystemet, till exempel, ligger den första punkten, L1, mellan jorden och solen cirka 1 mil mil från jorden. L1 får en oavbruten utsikt över solen och är för närvarande upptagen av Solar and Heliospheric Observatory (SOHO) och Deep Space Climate Observatory.



L2 ligger också en miljon mil från jorden, men i motsatt riktning mot solen. Vid denna tidpunkt, med jorden, månen och solen bakom sig, kan ett rymdfarkoster få en klar bild av djupt utrymme. NASAs Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP) mäter för närvarande den kosmiska bakgrundsstrålningen som är kvar från Big Bang. James Webb rymdteleskop kommer att flytta in i denna region under 2018.

Den tredje Lagrange -punkten, L3, ligger bakom solen, mitt emot jordens bana. För tillfället har vetenskap inte hittat någon användning för denna plats, även om science fiction har.

NASA kommer osannolikt att hitta någon användning för L3 -punkten eftersom den förblir gömd bakom solen hela tiden, NASA skrev på en webbsida om Lagrange -poäng . Idén om en dold 'Planet-X' vid L3-punkten har varit ett populärt ämne inom science fiction-skrivning. Instabiliteten i Planet X: s bana (på en tidsskala på 150 år) hindrade inte Hollywood från att visa klassiker som 'The Man from Planet X.'



L1, L2 och L3 är alla instabila punkter med osäker jämvikt. Om en rymdfarkost vid L3 drev mot eller bort från jorden skulle den falla oåterkalleligt mot solen eller jorden, 'som en knappt balanserad vagn ovanför en brant kulle', enligt astronomen Neil DeGrasse Tyson . Rymdfarkoster måste göra små justeringar för att behålla sina banor.

Punkterna L4 och L5 är dock stabila, 'som en boll i en stor skål', enligt European Space Agency. Dessa punkter ligger längs jordens bana i 60 grader före och bakom jorden och bildar toppen av två liksidiga trianglar som har de stora massorna (till exempel jorden och solen) som hörn.

På grund av stabiliteten hos dessa punkter tenderar damm och asteroider att ackumuleras i dessa regioner. Asteroider som omger L4- och L5 -punkterna kallas trojaner för att hedra asteroiderna Agamemnon, Achilles och Hector (alla karaktärer i historien om belägringen av Troja) som är mellan Jupiter och solen. NASA säger att det har funnits tusentals av dessa typer av asteroider i vårt solsystem, inklusive jordens enda kända trojanska asteroid, 2010 TK7.



L4 och L5 är också möjliga punkter för en rymdkoloni på grund av deras relativa närhet till jorden, åtminstone enligt skrifterna från Gerard O'Neill och närstående tänkare. På 1970- och 1980 -talet främjade en grupp som kallades L5 Society denna idé bland sina medlemmar. I slutet av 1980 -talet gick det samman till en grupp som nu är känd som National Space Society, en förespråkande organisation som främjar tanken på att bilda civilisationer bortom jorden.

Fördelar med Lagrange -poäng

Om en rymdfarkost använder en Lagrange -punkt nära jorden finns det många fördelar med platsen, berättade Jet Propulsion Laboratory Amy Mainzer för guesswhozoo.com.

Mainzer är huvudutredare för NEOWISE, ett uppdrag som letar efter asteroider nära jorden med hjälp av Wide-field Infrared Survey Explorer (WISE) rymdfarkoster som kretsar nära vår planet. Medan WISE gör det bra med sitt nuvarande treåriga uppdrag som avslutas 2016, sa Mainzer, skulle ett rymdfarkoster placerat vid en Lagrange-punkt kunna göra mer.

Långt från den störande värmen och ljuset från solen skulle ett asteroidjaktfartyg vid en Lagrange-punkt vara mer känsligt för de små infraröda signalerna från asteroider. Det kan peka över en mängd olika riktningar, utom mycket nära solen. Och det skulle inte behöva kylvätska för att hålla sig sval, som WISE krävde för den första fasen av sitt uppdrag mellan 2009 och 2011 - själva platsen skulle möjliggöra naturlig kylning. James Webb rymdteleskop kommer att dra nytta av den termiska miljön vid sol-jordens L2-punkt för att hålla kylan.

L1 och L2 låter dig också ha enorm bandbredd eftersom kommunikationshastigheterna är mycket höga över konventionell Ka-bandradio, sa Mainzer. Annars blir datahastigheterna bara väldigt långsamma, sa hon, eftersom en rymdfarkost i omlopp runt solen (känd som heliocentrisk bana) så småningom skulle driva långt från jorden.

Lagrange point science

Flera astronomiska och jordobservatorier finns vid Lagrange-punkterna, vilket ger en utsiktspunkt för vår planet och rymden som du inte kan få från närbild. Forskare utför också periodiska studier av små kroppar som förekommer naturligt vid Lagrange -punkter. Här är några färska vetenskapliga resultat:

År 2016 släppte NASA en video av jorden som snurrar genom ett helt år. Tidsfördröjningen baserades på 3000 bilder som tagits varannan timme med EPIC-kameran på Deep Space Climate Observatory (DSCOVR) -satelliten, som var vid L1. Förutom att visa vackra vyer, ger EPIC forskare mätvärden om klimat som molnhöjd, ultraviolett reflektivitet eller ozon- och aerosolnivåer.

I februari 2017 tillbringade OSIRIS-REX-uppdraget-då på väg till asteroiden Bennu-cirka 10 dagar med att leta efter ytterligare trojanska asteroider i Lagrange-punkter nära jorden. 'Det skulle vara det mest fascinerande vi kunde upptäcka', sa uppdragschefen Dante Lauretta, planetvetare vid University of Arizona Lunar and Planetary Laboratory, till en NASA -vetenskapsrådgivande grupp i januari. Sökningen avslöjade inga nya trojaner, men kanske andra rymdfarkoster kommer att titta igen i framtiden.

En studie från 2017 tyder på att trojanska asteroider nära Mars är från planeten och inte fångade asteroider från andra regioner i rymden. Rökpistolen är att minst tre av Mars nio trojanska asteroider innehåller mycket olivin. Detta mineral är sällsynt i asteroider, men vanligt på större kroppar (inklusive Mars, som har det i slagbassänger). Även om jorden och Venus också har olivin berättade huvudförfattaren David Polishook, forskare vid Weizmann Institute i Israel, för guesswhozoo.com att det är mycket lättare för Mars att fånga asteroider från sin egen yta.

Referensredaktör Tim Sharp bidrog till den här artikeln.

Ytterligare resurser