Каждое массивное тело в космосе, будь то планета или звезда, словно бы лежит на дне гравитационного колодца, и Земля - не исключение. Именно поэтому чем больше массивное тело, тем труднее его покинуть, а из небезызвестных чёрных дыр вообще ничто не может выбраться, даже свет. Нужно затратить огромное количество энергии, чтобы преодолеть тягу гравитации. Однако есть и особые места в Солнечной системе, где силы притяжения уравновешивают друг друга. Как это выглядит?
Вокруг массивных объектов деформируется пространство-время. Представьте себе хорошо тянущееся большое полотно, на которое положили несколько яблок в разных местах. Под яблоками материя искривится, и если рядом с лункой в ткани, где лежит яблоко, положить, например, мячик для настольного тенниса, то он скатится вниз к яблоку. Примерно такая же картина происходит и во Вселенной. Но если этот мячик положить подальше от лунок, где лежат яблоки, то мячик никуда не покатится и останется на месте.
Места, где области в системе двух космических тел с большой массой, в которых третье тело с небольшой массой, может быть неподвижным на протяжении долгого периода времени относительно этих тел, называются точками Лагранжа.
Точки Лагранжа были впервые открыты в 1772 году математиком Жозе Луи Лагранжем. Он рассчитал, что гравитационное поле Земли должно нейтрализовать гравитационное притяжение Солнца в пяти областях пространства — фактически, единственных областях, где объект и правда может стать невесомым. Это отличные места, где можно остановиться и изучать космическое пространство! То есть, Лагранж описал 2 решения задачи для 3 тел, но справедливо будет кое-что заметить, что Лагранж - не первый, кто задумался об этих "волшебных" точках. Он лишь продолжил исследования математика и механика Леонарда Эйлера, и хотя все 5 точек названы в честь Лагранжа, первые три вычислил именно Эйлер. Лагранж лишь после этого обнаружил ещё 2. Теперь разберёмся более детально, как это работает.
При гравитационном взаимодействии двух массивных объектов (например, Земли и Солнца, или Земли и Луны), есть 5 точек, где гравитационные силы идеально уравновешены. В этих точках можно разместить лёгкий искусственный спутник, телескоп или космическую станцию, и удерживать его там будет совершенно несложно и безопасно.
Самая известная точка - Лагранжа - L1 - это точка равновесия между силами притяжения двух объектов. Например, необходимый нам объект, допустим, спутник, можно поместить чуть выше поверхности Луны. Земля будет тянуть его к себе, но гравитация Луны нейтрализует его. Спутнику понадобится крайне малое количество топлива для сохранения позиции. L1 есть между Землёй и Луной, и ещё одна - между Землёй и Солнцем, и ещё одна - между Солнцем и Юпитером. Они есть повсюду, главное - всё правильно рассчитать.
Точка L2 находится на одной линии с небесными телами за телом с меньшей массой. Например: Солнце -> Земля -> L2. Чем дальше планета или любой другой объект будет находится от Солнца, тем медленнее будет скорость вращения по своей орбите. Если посмотреть на то, как вращаются объекты вокруг Солнца, то будет казаться, что Венера отстаёт от Меркурия, Земля - от Венеры, Марс - от Земли и т.д. Объект в точке L2 тоже будет словно бы отставать от Земли, а она, в свою очередь, тянуть его за собой, поэтому он никуда не упадёт - это словно бежать вперёд с воздушным змеем в руке.
Точка L3 расположена в противоположной стороне от точки L2. Силы Солнца и Земли настолько уравнивают друг друга, что их хватает даже на противоположную сторону. L3 всегда будет находиться точно за Солнцем.
Из пяти точек L4 и L5 — самые интригующие и самые стабильные. Если спутник попадет в L1 или L2, спустя несколько месяцев его «отпустит» и он полетит дальше, но любой объект, попавший «в поле зрения» L4 или L5, останется там очень надолго, если не навсегда. Они расположены на расстоянии 150 млн км от Земли, на плоскости земной орбиты, причем L4 вращается вокруг Солнца на 60 градусов впереди Земли, а L5 находится под точно таким углом позади планеты. Чтобы их найти, нужно построить равносторонний треугольник вот таким образом:
В точках L1, L2, L3 нужно поддерживать равновесие, пусть это и не особо затратно в плане топлива - это необходимо, чтобы наш спутник не "скатился" в гравитационные колодцы, то есть, как говорится, "шаг вправо - шаг влево" и всё, так что время от времени орбиту спутника придётся корректировать. Гравитационное поле меняется в зависимости от движения небесных тел в нём - точно так же, как, например, яблоки из примера в начале статьи катались бы по натянутому материалу. Будь где мячик, он рано или поздно опустится в ямку. С L4 и L5 таких оказий не случается. Но у них другой минус.
L4 и L5 труднодоступны для наблюдения с Земли. Они расположены близко к Солнцу, так что в ночное время область L5 находится над горизонтом и быстро опускается, а L4 затмевается рассветными лучами, зато с этих двух аванпостов можно наблюдать за активностью Солнца.
#точки лагранжа #космос #астрономия #наука #научно-популярное
Вам может быть интересно:
Миссия, разочаровавшая фантастов: "Маринер-4"
Загадочное число ноль, или с чего всё начинается
"Зазеркалье" квантовой механики: принцип суперпозиции
Как на Руси называли созвездие Ориона?
Уран и Нептун - хранители Земли и часовые Солнечной системы
Загадки гравитации - одной из самых необъяснимых сил во Вселенной
Как мы узнали о том, как выглядит Млечный Путь
И на Солнце бывают дожди!
Можно ли остановить время?
Конец света от Стивена Хокинга, или что такое ложный вакуум
Куда летит Млечный Путь?