У каждой планеты есть точки Лагранжа, но из-за нашего, так сказать, земного эгоцентризма, когда мы говорим о ТОЧКАХ Лагранжа, то сразу понимаем, о чём идёт речь.
Точки Лагранжа Земли жизненно важны для будущего астрономии, а возможно, и для освоения космоса. Некоторые даже утверждают, что они помогут предотвратить климатическую катастрофу. Так что же это такое, чем они отличаются друг от друга и как их можно использовать?
Самое известное прозрение Ньютона заключалось в том, что та же сила, которая заставляет яблоко падать на Землю, может удерживать и Луну на небе, если та движется достаточно быстро. В большинстве случаев орбитальная скорость — единственный способ уберечь объект в космосе от судьбы того самого яблока.
Однако, если учесть, что гравитация Земли взаимодействует с гравитацией Солнца, то окажется, что существуют места, где неподвижность не означает неминуемого падения на Землю. По крайней Dмере, если определять отсутствие движения относительно Земли, а не Солнца.
В этих точках гравитация Земли и Солнца уравновешивается таким образом, что объект с малой массой почти не испытывает результирующей силы. Точки названы в честь Жозефа-Луи Лагранжа, хотя Леонард Эйлер опередил его, открыв три из них в своих работах, где он описал их как решение задачи трёх тел, в которой масса одного из тел пренебрежимо мала.
Обычно эти точки обозначают как L1–L5, хотя, как мы увидим, только две из них действительно подходят под определение мест, где можно «припарковать» что-либо на неопределённый срок.
L4 и L5: стабильные точки Лагранжа
Если бы Эйлер и Лагранж не открыли их, мы бы узнали о существовании точек Лагранжа L4 и L5 у Юпитера благодаря открытию троянских астероидов. Вероятно, это привело бы к осознанию, что у Земли они тоже есть. Изначальные «троянцы» находятся в 60 градусах впереди и позади Юпитера на его орбите и в большинстве случаев остаются там миллионы или миллиарды лет. Сейчас, однако, термин «троянец» применяется и к астероидам в точках Лагранжа других планет.
Космический аппарат «Люси» уже направляется к крупнейшим троянским астероидам Юпитера, так что скоро мы, как ожидается, узнаем о них гораздо больше. Но сам факт их долговечности доказывает стабильность точек L4 и L5. Без какого-либо внешнего импульса космические камни, случайно забредшие в окрестности точек Лагранжа, в конечном итоге остаются на устойчивых орбитах почти бесконечно, по крайней мере, если соотношение масс звезды и планеты достаточно велико.
У Юпитера всё масштабнее, чем у других планет, и, соответственно, вокруг точных положений L4 и L5 гораздо больше пространства, где орбиты стабильны. В сочетании с близостью к поясу астероидов это обеспечило Юпитеру куда более внушительную коллекцию «троянцев», чем у планет внутренней Солнечной системы.
Тем не менее у каждой планеты, кроме Меркурия, есть как минимум один «троянец», а у Земли их, насколько нам известно, два.
«Троянцы» появляются потому, что планеты, особенно Юпитер, вращаются не вокруг центра Солнца. Вместо этого они вращаются вокруг так называемого барицентра — точки, представляющей собой общий центр масс двух объектов.
Барицентры малых планет находятся внутри Солнца, причём близко к его ядру. А вот барицентр системы Солнце-Юпитер расположен немного за пределами Солнца, что порождает интригующие заголовки о том, что Юпитер на самом деле не вращается вокруг Солнца. Небольшие объекты с собственной незначительной гравитацией могут вращаться вокруг этого барицентра в точках L4 и L5, независимо от того, находится ли он внутри Солнца или нет.
L1 и L2: важные точки Лагранжа
Между Землёй и Солнцем есть точка, где их гравитационные силы складываются таким образом, что объекты в ней движутся медленнее, чем должны были бы на таком расстоянии. В результате объект совершает оборот вокруг Солнца ровно за год, хотя находится на расстоянии, которому обычно соответствует более короткая орбита, и не обгоняет Землю.
Эта точка известна как L1, и поскольку гравитация Солнца намного сильнее земной, она находится примерно на 1% расстояния от нашей планеты до Солнца. Это 1,5 миллиона километров от центра Земли.
В точке L1 нет астероидов, потому что эта точка Лагранжа нестабильна. Объекты, которые немного отклоняются от неё, начинают постепенно, а затем всё быстрее, удаляться от неё, так как силы перестают компенсировать друг друга, и их не притягивает обратно к стабильной точке.
Тем не менее космическим аппаратам, размещённым вблизи L1, нужно лишь изредка корректировать своё положение, используя крошечные объёмы топлива, чтобы вернуться на место при смещении. Это кардинально отличает их от аппаратов, расположенных почти в любом другом месте, и делает L1 идеальной точкой для миссий по изучению Солнца, позволяя при этом оставаться достаточно близко к Земле для непрерывной передачи данных. В окрестностях L1 уже работают пять аппаратов, и NASA планирует разместить там ещё три в этом году.
Те, кто мечтает о быстром решении климатических проблем, предлагали разместить в точке L1 тонкие экраны или облака пыли, чтобы блокировать небольшую часть солнечного света, достигающего Земли, и тем самым скомпенсировать согревающий эффект от парниковых газов. Практичность этой идеи, мягко говоря, сомнительна, но её вариации появляются регулярно.
Прямо с противоположной от Солнца стороны Земли находится точка L2. Здесь гравитация Земли добавляется к гравитации Солнца, заставляя объект на орбите двигаться быстрее. Поэтому он также совершает оборот вокруг Солнца за год, а не дольше, как это обычно бывает с более удалёнными объектами.
Точка L2 прославилась, когда туда отправили телескоп «Джеймс Уэбб» (JWST). Технически JWST находится не точно в L2, но он использует почти полное равновесие гравитационных сил, доступное в её окрестностях. Это означает, что требуются лишь периодические коррекции курса, и небольшого запаса топлива, всё ещё имеющегося у телескопа, может хватить надолго.
Среди других рукотворных обитателей L2 — миссия «Евклид» и, в будущем, космический телескоп «Нэнси Грейс Роман».
Кстати, у спутников планет тоже есть свои точки Лагранжа. Насколько нам известно, ни один из них не обзавёлся собственными «мини-троянцами», но высказывались предположения, что точка L1 системы Земля-Луна — лучшее место для постройки будущего гигантского межзвёздного корабля.
L3: забытая точка Лагранжа
Точка L3 находится по другую сторону Солнца, прямо напротив Земли. Помимо того, что она была темой скромного хита 80-х, эта точка Лагранжа привлекает внимание в основном тогда, когда теоретики заговора реанимируют идею о том, что там существует планета-двойник Земли. Часто предполагается, что эта планета населена существами, враждебно настроенными по отношению к нам.
До развития космических полётов не было способа опровергнуть возможность существования планеты в точке L3, поскольку Солнце постоянно закрывает нам обзор. Однако и причин считать, что такая планета существует, тоже не было. В конце концов, если бы в точке L3 любой другой планеты находилось что-то крупнее незначительного объекта, мы бы давно это заметили. Так почему с Землёй должно быть иначе?
В новейшее время у множества космических аппаратов, отправленных к другим планетам, была масса возможностей заметить объект в точке L3, если бы он там был, но ничего обнаружено не было. Конечно, для людей, которые верят в подобные вещи, это лишь доказывает, что NASA скрывает её существование.
Читайте также: Астероиды-убийцы планет прячутся в ярком свете Солнца
Комментировать можно ниже в разделе “Добавить комментарий”.