Собственно, об этих самых точках Лагранжа можно и не знать - поинтереснее штуки есть, и попроще...
Однако, если вы интересуетесь освоением космоса и вообще всем новым, то знать о них полезно. Иначе просто непонятно, чем будет удерживаться отражающий щит для защиты Венеры от лишнего солнечного излучения или противо-радиационный щит для уплотнения атмосферы на Марсе.
И останется неясным почему именно в эту точку собираются "подвесить" в космосе долгожданный телескоп Джеймс Уэбб.
Кто знает - отлично :) А остальным попробую рассказать...
В дебри теории не полезем - посмотрим на примере Солнца и некоторых планет. То есть, когда масса одного тела на "во-много раз" больше массы другого, а влияние других объектов исключается. Так и проще, и полезнее.
Что такое точки Лагранжа
Точки Лагранжа - это точки в пространстве, где взаимные силы притяжения двух тел компенсируются, то есть в сумме дают НОЛЬ, невесомость.
Многие фыркнут: "Автор, не морочь голову!" Любой кто помнит физику, может сходу назвать такую точку - она на линии между центрами масс двух тел.
Правильно, но вот незадача - на самом деле таких точек целых пять! И одна из них видимо стала причиной появлений слухов о планете Нибиру. Чтобы не томить, вот схема размещения этих точек на примере Солнца и Земли:
Жёлтая точка - Солнце. Голубая - Земля. Красные - точки Лагранжа.
Когда я ещё в школе увидел подобную картинку, то был просто в тихом ступоре. С L1 всё понятно, L4 и L5 я ещё мог списать на причуды физики при вращении по орбите, но вот существование L2 и L3 никак не вязалось со школьными понятиями о силах и векторах...
Я тогда действительно решил, что учебник врёт. Действительно, ну как могут уравновешиваться силы притяжения в этих точках? Они же на линии ЗА пределами двух объектов, которые притягиваются друг к другу!
Всё прояснилось, когда я наконец нашёл картинку с силовыми линиями. Это было нелегко - интернета тогда не было... А теперь - пожалуйста:
Здесь очень наглядно показаны результирующие линии от взаимодействия гравитационных полей Солнца и Земли, видны искажения из-за влияния друг на друга. Эти искривления и создают дополнительные точки, где силы притяжения полностью компенсируются.
Пять точек Лагранжа обозначены как L1, l2, L3, L4 и L5. Красными треугольниками обозначены векторы, направленные друг на друга, а синими - где силы действуют в противоположных направлениях.
Легко заметить, что нет точек с четырьмя красными треугольниками. Это значит, что положение равновесия везде неустойчиво - это как мячик на вершине холма - толкни чуть в сторону и он скатится.
Тем не менее, это значит, что в этих точках есть особенности, которые могут оказаться полезными. Мы же предположили, что освоение космоса вам интересно?
L1, L2 и L3 похожи на гравитационные трубки - стенки толкают предметы к оси "трубок", но вдоль этой оси предметы выталкиваются из неё в противоположные стороны от самой точки.
А вот L4 и L5 гораздо интереснее. Забегу вперёд: здесь гравитация действует в разные стороны, но в итоге предмет удерживается внутри этой области. Почему так - чуть ниже :)
Точка Лагранжа L1
L1 - cамая простая точка Лагранжа. Здесь всё понятно - если двигаться от Земли к Солнцу, то сила притяжения Земли падает, а гравитация Солнца нарастает. В конце концов, они друг друга уравновесят.
Кроме того, силовые линии Солнца поджимают по-бокам, значит надо беспокоиться только об одной координате движения - "вперёд-назад". Приятно, когда что-то за тебя делают - если отклонишься в сторону, то вернут назад :)
Чем она может быть полезна? В точке L1 системы Солнце-Венера предлагают построить отражающий или преломляющий щит, который поможет остудить эту перегревшуюся "сестру" Земли.
Из-за давления солнечного ветра, щит придётся немного сместить по линии Венера-Солнце. Но, в итоге найдётся место, где он будет находиться почти в равновесии, ведь с боков его будут поддерживать те самые красные векторы на рисунке.
Как было упомянуто выше, в точке L1 системы Солнце-Марс предлагается расположить противорадиационный щит, который может поспособствовать уплотнению марсианской атмосферы.
Двигатели в обоих случаях всё равно потребуется поставить. Но, их работа будет минимальна, лишь при накоплении отклонений от точки равновесия.
Также эту точку используют для телескопов, наблюдающих за Солнцем, чтобы исключить влияние земной атмосферы. Например, с 1996 года там работает телескоп SOHO.
Если брать систему Земля-Луна, то иногда пишут о промежуточной станции или базе в её точке L1.
Вроде бы удобно - эта ещё одна L1 около Земли, она всегда находится именно между Землёй и Луной и не требует особых затрат на удержание положения.
Но, рядом Солнце, а это слишком большая масса, чтобы ею пренебрегать. И, где находится равновесная точка в системе трёх тел, - не так просто представить ;-) Посмотрите насколько непрост рисунок силовых линий двух тел, а когда их три, да ещё одно из них вращается вокруг другого - тем более...
Точка Лагранжа L2
Она находится по другую сторону от Земли относительно Солнца. С равновесием в этой точке не всё так просто. Но, это тема для отдельной статьи.
Иногда пишут, что L2 в системе Солнце-Земля всегда находится в тени нашей планеты. Этим она и ценна - именно в ней удобнее всего располагать космические телескопы. И тот самый телескоп имени Джеймса Уэбба расположат именно здесь, в 1,5 млн км от Земли.
Увы, это не совсем так. В нашем случае L2 находится чуть дальше, чем заканчивается конус земной тени. Земля не полностью заслоняет солнечный диск в точке L2 - видны его края в виде кольца. Поэтому, телескопам здесь всё-равно нужны щиты, которые закрывают их от солнечных лучей. Но, вне этой точки солнечные лучи будут мешать ещё сильнее, даже со щитами.
Поэтому, L2 всё равно используют. Например, сейчас на гало-орбите вокруг этой точки находится российский телескоп Спектр-РГ.
Напомню схему расположения:
Точка Лагранжа L3
L3 - одна из самых примечательных для нас точек во всей Солнечной системе. Она находится в противоположной от нас точке орбиты Земли относительно Солнца. То есть, Солнце всегда закрывает эту область и мы никогда не видим её с Земли.
Этим и воспользовались те, кто пишет о планете Нибиру. Действительно, точка, которая никогда не видна с Земли, очень удобна для таких рассказов.
Учёные обычно отмахиваются и отвечают, что там ничего нет.
У кого есть желание вывести их на чистую воду? :)
Желающие могут изучить методики расчёта взаимных возмущений ближайших планет и астероидов, то есть их влияние на орбиты друг друга и лично проверить правдивость этих заявлений ;-)
Хорошо, говорят сторонники заговора, если там нет массивной планеты, существование которой могли бы показать вычисления, то там может быть инопланетная космическая станция - она не такая массивная и искажения не вносит. Это же точка Лагранжа, а значит там может "висеть" что угодно и сколько угодно!
Здесь можно лишь вспомнить рисунок c силовыми линиями и убедиться, что во всех этих трёх точках ничего "просто так" бесконечно висеть не будет.
В L3 есть те самые синие векторы, силы которые выталкивают все тела из этой точки. То есть, теоретически станция там может быть, никто не запрещает, но без топлива ей не обойтись.
Точки Лагранжа L4 и L5
О причинах их образования именно здесь писать сложновато - половина взвоет от расписывания результирующих векторов. Примем, что они здесь просто есть...
Однако, заметим, что обычно точки L4 и L5 принимаются во внимание, если отношение масс системы более чем 1/25.
Самое важное - здесь тела находятся именно в равновесии, они никуда не "скатываются" с видимой на схеме гравитационной "горки". И не выскальзывают из "труб", как это происходит в точках L1-L3.
Почему? Если коротко, то при попытке смещения из этой точки, возникает сила Кориолиса, которая искривляет начавшееся было движение так, что в итоге тело начинает двигаться по орбите вокруг этой точки (L4 или L5), вместо того, чтобы улететь. (Источник).
Хотя, всё конечно зависит от полученного импульса...
Тогда получается, что здесь может скапливаться космический мусор и что-то гораздо более массивное? ДА! Здесь этого добра хватает.
Например, точкам L4 и L5 системы Солнце-Юпитер соответствуют скопления астероидов, которые называют "троянцы". Точнее, в память о Троянской войне, астероиды в L4 называют "греческими" именами, а в L5 - "троянскими". Их так и называют - "греки" и "троянцы".
Свои "троянцы" и "греки" должны были быть и у Сатурна с Ураном. Но, Юпитер оттянул их все на себя. Хотя, недавно в L4 у Урана нашли первого "грека" :). Эта скала размером 60 км зарегистрирована как 2011 QF99. Больше вроде ничего пока не найдено...
У Нептуна открыто несколько "троянцев" и "греков" - он далеко и ему было проще не уступить своё добро Юпитеру. Троянцы Нептуна.
У Земли в L4 обнаружен 300-метровый булыжник. Больше пока ничего не найдено. Ну, одна глыба - тоже хорошо, ориентиром будет, на неё можно маяк поставить. Там можно разместить нечто полезное - оно так и будет висеть в космосе там, где мы его положим. И никуда не улетит.
Например можно разместить там аварийно-спасательные станции в отдалённом будущем, когда частные корабли будут бесконтрольно сновать по просторам Солнечной системы.
В любом случае, такие гравитационно-тихие заводи в пустоте космоса точно будут полезны :)
Кстати о Нибиру... Если бы она была, то наверное у неё должны быть свои L4 и L5. И они располагались бы симметрично земным.
Или эти две пары точек взаимодействовали бы друг с другом, образуя ещё более сложный рисунок гравитационных кривых.
Кстати, тогда на месте Земли была бы L3 от Нибиру... помните те самые синие стрелки в L3? Что-то у меня появились вопросы к устойчивости положения Земли в этом случае...
И что в итоге?
В итоге, поздравляю всех, кто осилил статью и дошёл до этого места :)
Теперь мысленная картинка "Солнце + 9 планет и кольцо камней" дополнилась набором мест, где земляне могут "зависнуть" и как-то воспользоваться их свойствами.
Оказывается, есть опорные точки кроме планет, где можно размещать полезное оборудование, к тому же с наименьшими энергозатратами. А это увеличивает срок их службы, ведь там требуется меньше топлива для двигателей коррекции местоположения.
Например, одной из причин прекращения работы телескопа "Кеплер" стало то, что закончилось топливо для его двигателей. Источник.
Кроме того, нарисовались облака астероидов около орбиты Юпитера. Да, они гораздо дальше Главного пояса астероидов и до них руки долго не дойдут, но... хорошо когда в космосе оказывается больше перспективных мест :)
Как показала переписка здесь на канале, эта заметка действительно может быть полезна.
Общее замечание к статье. Есть целые труды о стабильности нахождения в точках Лагранжа и траекториях орбит тел вокруг них. В статье я всё намеренно упростил, чтобы не вызвать отторжение сложностью проблем.
Дорогие друзья, мне очень нужна ваша поддержка
Подпишитесь на мой канал :)
Нажмите палец вверх - Вам не сложно, а автору приятно.
Статьи по теме:
Терраформировать Марс не нужно - есть другой путь
