Lagranža punkti: kas tie ir — L1–L5 un nozīme kosmosā

Lagranža punkti: uzzini par L1–L5, to stabilitāti, kosmosa teleskopiem un Trojas asteroīdiem — nozīme orbītā un nākotnes misijas.

Lagranža punkti ir īpašas vietas gravitācijas laukā, kurā maza masa var saglabāties relatīvi stabili attiecībā pret diviem daudz lielākiem, viens otram orbītā esošiem ķermeņiem — piemēram, Zemes un Saules sistēmā vai Mēness un Zemes orbītā. Tie rodas, kad abu lielo ķermeņu gravitācijas spēki un rotācijas radītie inerces (centrifugālie) spēki ir līdzsvarā, tādējādi neliels objekts var “stāvēt” attiecīgajā punktā, kustoties kopā ar abu lielo ķermeņu sistēmu.

Parasti Runājot, ar Lagranža punktiem saprot piecas konkrētas vietas kopā pazīstamas kā L1, L2, L3, L4 un L5. Tajās neliels objekts — piemēram, cilvēka radīts satelīts) — var saglabāt relatīvu pozīciju attiecībā pret abiem lielajiem objektiem, bieži pārvietojoties pa tā saucamajām halo vai librācijas trajektorijām.

Efektu pirmoreiz matemātiski aprakstīja franču matemātiķis Žozefs-Luiss Lagranža 1772. gadā, tāpēc punkti ir nosaukti viņa vārdā.

Kā tie atšķiras — stabilitāte un metastabilitāte

No pieciem punktiem L1, L2 un L3 parasti klasificē kā metastabilajām vietām, kas nozīmē — ja objekts mazliet novirzās no projekta, tas nepaliks pats par sevi: nepieciešama korekcija (degviela, dzinēji), lai atgrieztos vai paliktu tuvu punktam. L4 un L5 ir dinamiski stabili: tie atrodas priviliģētā pozīcijā 60° attālumā uz priekšu un aizmuguri attiecībā pret mazo objektu, un nelielas novirzes parasti tiek atlabotas gravitācijas un inerces ietekmē — objekts sāks svārstīties ap šo punktu. Tāpēc L4 un L5 bieži piesaista putekļus, gāzi un pat asteroīdus.

L1–L5 īss pārskats

• L1: atrodas starp abiem lielajiem ķermeņiem (piem., starp Zemi un Sauli). Tas ir ērts punkts saules novērojumiem, jo instruments tur spēj pastāvīgi redzēt Sauli bez aizēnojuma. Daudzas saules novērošanas misijas un satelīti izmanto L1.
• L2: atrodas tālāk no Saules nekā mazākais ķermenis (piem., aiz Zemes attiecībā pret Sauli). Tas ir labs punkts infrasarkanām un dziļā kosmosa observatorijām, jo Zeme un Saule atrodas aptuveni vienā pusē, nodrošinot stabilu termālu vidi un ērtu komunikāciju ar Zemi. L2 tiek izmantots kosmosa teleskopiem un citiem augstas jutības teleskopiem.
• L3: atrodas Saules pretējā pusē attiecībā pret Zemi (slēgta “aiz Saules” puse). Tas ir mazāk praktisks reālai izmantošanai, jo no Zemes tas parasti ir neredzams un sarežģīti sasniedzams.
• L4 un L5: atrodas orbītā veidojošā trijstūra virsotnēs, 60° priekšā un aiz mazā ķermeņa. Tie ir relatīvi stabili un tieši tādēļ uz tiem var pulcēties putekļi, gāze un asteroīdi — piemēram, daudzi Jupitera Trojas asteroīdi atrodas šajās vietās.

Praktiskā nozīme un piemēri

NASA un citas aģentūras izmanto Lagranža punktus, jo tie piedāvā unikālas iespējas novērojumiem un operācijām ar mazām korekcijām stacijai. Piemēram, satelīti pie L1 novēro Sauli un seko saules uzliesmojumiem, kas ir svarīgi kosmiskajai meteoroloģijai un satelītu aizsardzībai. L2 punkts tiek izmantots dziļā kosmosa teleskopiem; tieši uz šo reģionu pēc palaišanas devās Džeimsa Vēba kosmosa teleskops. JWST tiek izvietots halo orbītā ap Saules–Zemes L2, aptuveni 1,5 miljonu kilometru attālumā no Zemes, kur tam ir labs termiskais un radiācijas fons sensoriem.

L4 un L5 ilgstoši piesaista vielu — tāpēc šos reģionus saista arī interesi par asteroīdiem un pat nākotnes misijām vai potenciālām bāzēm. Šos asteroīdus sauc par Trojas asteroīdiem. Zemes–Saules sistēmā ir konstatēti atsevišķi objekti (piem., Zemes Trojan 2010 TK7), bet vislielākie Trojas binomi ir pie Jupitera.

Tehniskie aspekti un nākotnes lietojumi

L1 un L2 ir ļoti noderīgi observatorijām un komunikācijām, taču tie nav pilnīgi “static”: satelīti parasti tiek izvietoti halo vai librācijas orbītās ap šiem punktiem un regulāri veic stacijas uzturēšanas manevrus (station-keeping), lai saglabātu pozīciju. L4 un L5, pateicoties to stabilitātei, ir piesaistījuši mazāk dinamiskas sistēmas — tie var kalpot kā potenciāli “noguldījumu” reģioni, kur vāc kosmisko putekļu mākoni vai pārvietojas asteroīdi.

Lagranža punkti ir svarīgi gan zinātniskai novērošanai (Saules, kosmosa un eksoplanētu pētījumiem), gan arī praktiskiem kosmiskiem inženierprojektiem — komunikāciju mezgliem, palīgstacijām vai nodrošināšanai kā “tiltam” tālākām misijām. To pieejamība un relatīvā enerģētiskā priekšrocība padara tos par stratēģiski nozīmīgām vietām nākotnes kosmosa izpētē un infrastruktūras attīstībā.

Jautājumi un atbildes

J: Kas ir Lagranža punkti?

J: Kas atklāja Lagranža punktu?

J: Cik ir Lagranža punktu?

Vai visi Lagranža punkti ir stabili?

J: Kādas orbītas izmanto satelīti šajās pozīcijās?

J. Kādi objekti dabiski atrodas šajās vietās?

Meklēt pēc burta