Body Lagrange: Parkovacie miesta

Schéma Lagrangeových bodov Slnko-Zem

Schéma Lagrangeových bodov spojených so systémom Slnko-Zem. (Obrazový kredit: Vedecký tím NASA / WMAP)





Lagrangeov bod je miesto v priestore, kde sa kombinované gravitačné sily dvoch veľkých telies, ako sú Zem a slnko alebo Zem a Mesiac, rovnajú odstredivej sile, ktorú pociťuje oveľa menšie tretie teleso. Interakcia síl vytvára bod rovnováhy, kde môže byť vesmírna loď „zaparkovaná“ na pozorovanie.

Tieto body sú pomenované po Josephovi-Louisovi Lagrangeovi, matematikovi z 18. storočia, ktorý o nich napísal v práci z roku 1772, ktorá sa zaoberala tým, čo nazýval „problémom troch tiel“. Hovorí sa im tiež Lagrangeove body a body knihovníctva.

Štruktúra Lagrangeových bodov

Okolo veľkých telies, ako je planéta alebo hviezda, je päť Lagrangeových bodov. Tri z nich ležia pozdĺž čiary spájajúcej dve veľké telá. Napríklad v systéme Zem-Slnko prvý bod L1 leží medzi Zemou a Slnkom asi 1 milión míľ od Zeme. L1 ponúka nerušený výhľad na slnko a v súčasnosti je obsadená Slnečné a heliosférické observatórium (SOHO) a observatórium hlbinného podnebia.



L2 tiež leží milión kilometrov od Zeme, ale v opačnom smere ako Slnko. V tomto mieste, keď je za ním Zem, mesiac a slnko, môže kozmická loď získať jasný pohľad na hlboký vesmír. Sonda Wilkinsonova mikrovlnná anizotropia NASA (WMAP) je v súčasnosti na tomto mieste a meria žiarenie kozmického pozadia, ktoré zostalo z Veľkého tresku. Vesmírny teleskop Jamesa Webba sa do tejto oblasti presťahuje v roku 2018.

Tretí Lagrangeov bod L3 leží za slnkom oproti obežnej dráhe Zeme. Veda zatiaľ nenašla využitie pre toto miesto, aj keď sci -fi áno.

NASA pravdepodobne nenájde žiadne využitie pre bod L3, pretože zostáva vždy skrytý za slnkom, NASA napísal na webovej stránke o Lagrangeových bodoch . Myšlienka skrytej „planéty-X“ v bode L3 je populárnou témou pri písaní sci-fi. Nestabilita obežnej dráhy planéty X (v časovom meradle 150 rokov) nezabránila Hollywoodu v objavení klasiky ako „Muž z planéty X“.



L1, L2 a L3 sú všetky nestabilné body s neistou rovnováhou. Ak by sa kozmická loď na L3 vznášala k Zemi alebo od nej, dopadla by nevratne k Slnku alebo Zemi, „ako sotva vyvážený voz na vrchole strmého kopca“, podľa astronóm Neil DeGrasse Tyson . Vesmírna loď musí vykonať mierne úpravy, aby udržala svoje dráhy.

Body L4 a L5 sú však podľa Európskej vesmírnej agentúry stabilné, „ako guľa vo veľkej miske“. Tieto body ležia na obežnej dráhe Zeme v 60 stupňoch pred a za Zemou a tvoria vrchol dvoch rovnostranných trojuholníkov, ktorých vrcholy sú veľké hmotnosti (napríklad Zem a Slnko).

Vďaka stabilite týchto bodov sa v týchto oblastiach zvykne hromadiť prach a asteroidy. Asteroidy, ktoré obklopujú body L4 a L5, sa nazývajú trójske kone na počesť asteroidov Agamemnon, Achilles a Hector (všetky postavy v príbehu o obliehaní Tróje), ktoré sa nachádzajú medzi Jupiterom a Slnkom. NASA uvádza, že v našej slnečnej sústave bolo nájdených tisíce týchto typov asteroidov, vrátane jediného známeho trójskeho asteroidu Zeme, 2010 TK7.



L4 a L5 sú tiež možnými bodmi vesmírnej kolónie kvôli ich relatívnej blízkosti k Zemi, aspoň podľa spisov Gerarda O'Neilla a príbuzných mysliteľov. V 70. a 80. rokoch minulého storočia skupina s názvom Spoločnosť L5 propagovala túto myšlienku medzi svojimi členmi. Koncom osemdesiatych rokov sa zlúčila do skupiny, ktorá je teraz známa ako National Space Society, advokátska organizácia, ktorá propaguje myšlienku formovania civilizácií mimo Zeme.

Výhody bodov Lagrange

Ak kozmická loď používa bod Lagrange v blízkosti Zeme, má táto poloha mnoho výhod, uviedla Amy Mainzer z Jet Propulsion Laboratory pre guesswhozoo.com.

Mainzer je hlavným vyšetrovateľom misie NEOWISE, ktorá hľadá asteroidy v blízkosti Zeme pomocou systému Širokouhlý prieskumník infračerveného prieskumu (WISE) kozmická loď, ktorá obieha blízko našej planéty. Aj keď si WISE so súčasnou trojročnou misiou, ktorá sa končí v roku 2016, darí, podľa Mainzera by vesmírna loď umiestnená v bode Lagrange dokázala viac.

Ďaleko od rušivého tepla a svetla Slnka by kozmická loď loviaca asteroidy v bode Lagrange bola citlivejšia na malé infračervené signály z asteroidov. Mohlo to ukazovať v celom rade smerov, s výnimkou veľmi blízko slnka. A na to, aby zostala chladná, by nebola potrebná chladiaca kvapalina, ako to WISE vyžadovalo v prvej fáze svojej misie v rokoch 2009 až 2011 - samotná poloha by umožňovala prirodzené chladenie. Vesmírny teleskop Jamesa Webba využije výhody tepelného prostredia v bode L2 Slnko-Zem, aby sa udržal v chlade.

L1 a L2 vám tiež umožňujú mať obrovskú šírku pásma, pretože v porovnaní s konvenčným rádiom v pásme Ka sú komunikačné rýchlosti veľmi vysoké, povedal Mainzer. V opačnom prípade sa rýchlosti údajov stanú veľmi pomalými, povedala, pretože kozmická loď na obežnej dráhe okolo Slnka (známa ako heliocentrická obežná dráha) by sa nakoniec unášala ďaleko od Zeme.

Lagrangeova bodová veda

V bodoch Lagrange je umiestnených niekoľko astronomických a pozemských observatórií, ktoré poskytujú výhľad na našu planétu a priestor, kam sa zblízka nedostanete. Vedci tiež vykonávajú pravidelné štúdie malých tiel, ktoré sa prirodzene vyskytujú v Lagrangeových bodoch. Tu je niekoľko najnovších výsledkov vedy:

V roku 2016 NASA zverejnila video, ako sa Zem otáča celý rok. Časozber bol založený na 3 000 snímkach, ktoré každé dve hodiny nasnímala kamera EPIC na satelite Deep Space Climate Observatory (DSCOVR), ktorý bol na L1. Okrem toho, že EPIC ponúka pekné výhľady, poskytuje vedcom aj metriky o klíme, ako je výška oblakov, odrazivosť ultrafialového žiarenia alebo hladiny ozónu a aerosólu.

Vo februári 2017 misia OSIRIS-REX-potom na ceste k asteroidu Bennu-strávila asi 10 dní hľadaním ďalších trójskych asteroidov v bodoch Lagrange blízko Zeme. „To by bolo to najfascinujúcejšie, čo by sme mohli objaviť,“ povedal vedúci vedec misie Dante Lauretta, planetárny vedec z Lunárneho a planetárneho laboratória Univerzity v Arizone, v januári pre vedeckú poradnú skupinu NASA. Pátranie neodhalilo žiadne nové trójske kone, ale možno sa v budúcnosti opäť objavia ďalšie vesmírne lode.

Štúdia z roku 2017 naznačuje, že trójske asteroidy blízko Marsu pochádzajú z planéty, a nie zachytené asteroidy z iných oblastí vesmíru. Fajčiarskou zbraňou je, že najmenej tri z deviatich trójskych asteroidov na Marse majú vysoký obsah olivínu. Tento minerál je v asteroidoch vzácny, ale bežný na väčších telách (vrátane Marsu, ktorý ho má v nárazových panvách). Zatiaľ čo Zem a Venuša majú tiež olivín, vedúci autor David Polishook, výskumník z Weizmannovho inštitútu v Izraeli, povedal pre guesswhozoo.com, že pre Mars je oveľa jednoduchšie zachytiť asteroidy z vlastného povrchu.

K tomuto článku prispel editor referencií Tim Sharp.

Dodatočné zdroje