נקודות לגראנז ': מקומות חניה

תרשים של נקודות השמש-כדור הארץ Lagrange

תרשים של נקודות לגראנז 'הקשורות למערכת השמש-כדור הארץ. (אשראי תמונה: צוות המדע של נאס'א / WMAP)





נקודת לגראנז 'היא מיקום בחלל בו כוחות הכבידה המשולבים של שני גופים גדולים, כגון כדור הארץ והשמש או כדור הארץ והירח, שווים לכוח הצנטריפוגלי שחש גוף שלישי קטן בהרבה. האינטראקציה של הכוחות יוצרת נקודת שיווי משקל שבה ניתן לחנות חללית לביצוע תצפיות.

נקודות אלה נקראות על שם ג'וזף לואיס לגראנג ', מתמטיקאי מהמאה ה -18 שכתב עליהן בעיתון משנת 1772, שעסק במה שהוא כינה' הבעיה של שלושה גופים '. הם נקראים גם נקודות לגראנג'יות ונקודות רטט.

מבנה נקודות לגראנז '

ישנן חמש נקודות לגראנז 'סביב גופים מרכזיים כגון כוכב לכת או כוכב. שלושה מהם שוכבים לאורך הקו המחבר בין שני הגופים הגדולים. במערכת שמש-כדור הארץ, למשל, הנקודה הראשונה, L1, נמצאת בין כדור הארץ לשמש במרחק של כמיליון קילומטרים מכדור הארץ. L1 מקבל מבט ללא הפרעה על השמש, וכיום הוא תפוס על ידי מצפה שמש והליוספרה (SOHO) ומצפה האקלים בחלל העמוק.



L2 שוכנת גם היא מיליון קילומטרים מכדור הארץ, אך בכיוון ההפוך של השמש. בשלב זה, כאשר כדור הארץ, הירח והשמש מאחוריהם, יכולה חללית לקבל מבט ברור על החלל העמוק. בדיקת האניסוטרופיה במיקרוגל של נאס'א של נאס'א (WMAP) נמצאת כעת בנקודה זו ומודדת את קרינת הרקע הקוסמית שנותרה מהמפץ הגדול. טלסקופ החלל ג'יימס ווב יעבור לאזור זה בשנת 2018.

נקודת הגראנז 'השלישית, L3, נמצאת מאחורי השמש, מול מסלול כדור הארץ. לעת עתה, המדע לא מצא שימוש במקום הזה, אם כי יש מדע בדיוני.

לא סביר שנאס'א תמצא שימוש בנקודת L3 מכיוון שהיא נשארת מוסתרת מאחורי השמש בכל עת, נאס'א כתב בדף אינטרנט על נקודות לגראנז ' . הרעיון של 'כוכב-X' מוסתר בנקודת L3 היה נושא פופולרי בכתיבת מדע בדיוני. חוסר היציבות במסלול של כוכב הלכת X (בסולם זמן של 150 שנה) לא מנע מהוליווד להוציא קלאסיקות כמו 'האיש מכוכב הלכת X'.



L1, L2 ו- L3 הן כולן נקודות לא יציבות עם שיווי משקל מסוכן. אם חללית ב L3 נסחפת לכיוון כדור הארץ או מתרחק ממנו, היא הייתה נופלת באופן בלתי הפיך לעבר השמש או כדור הארץ, 'כמו עגלה בקושי מאוזנת על גבעה תלולה', על פי האסטרונום ניל דגראס טייסון . על החלליות לבצע התאמות קלות כדי לשמור על מסלולם.

עם זאת, הנקודות L4 ו- L5 יציבות, 'כמו כדור בקערה גדולה', על פי סוכנות החלל האירופית. נקודות אלה שוכנות לאורך מסלול כדור הארץ בגובה של 60 מעלות לפני ומאחורי כדור הארץ, ויוצרות את פסגתן של שני משולשים דו -צדדיים בעלי המונים הגדולים (כדור הארץ והשמש, למשל) כקודקודיהם.

בגלל היציבות של נקודות אלה, אבק ואסטרואידים נוטים להצטבר באזורים אלה. אסטרואידים המקיפים את נקודות L4 ו- L5 נקראים טרויאנים לכבוד האסטרואידים אגממנון, אכילס והקטור (כולם הדמויות בסיפור המצור על טרויה) שנמצאות בין צדק לשמש. נאס'א מצהירה כי במערכת השמש שלנו נמצאו אלפי סוגים של אסטרואידים, כולל האסטרואיד הטרויאני הידוע היחיד בכדור הארץ, 2010 TK7.



L4 ו- L5 הם גם נקודות אפשריות למושבת חלל בשל קרבתן היחסית לכדור הארץ, לפחות על פי כתביהם של ג'רארד אוניל והוגים קשורים. בשנות השבעים והשמונים קידמה קבוצה בשם אגודת L5 את הרעיון הזה בקרב חבריה. בסוף שנות השמונים היא התמזגה לקבוצה המכונה כיום אגודת החלל הלאומית, ארגון הסברה המקדם את הרעיון של יצירת ציביליזציות מעבר לכדור הארץ.

היתרונות של נקודות לגראנז '

אם חללית משתמשת בנקודת לגראנז 'הקרובה לכדור הארץ, ישנם יתרונות רבים למיקום, אמרה איימי מיינזר ממעבדת הנעה סילוני ל- guesswhozoo.com.

מיינזר הוא החוקר הראשי של NEOWISE, משימה שמחפשת אסטרואידים ליד כדור הארץ באמצעות סייר סקר אינפרא אדום רחב (WISE) חללית המסתובבת קרוב לכוכב הלכת שלנו. למרות ש- WISE מצליחה עם משימתה לשלוש שנים הנוכחית שהסתיימה בשנת 2016, אמר מיינזר, חללית שהוצבה בנקודת לגראנז 'תוכל לעשות יותר.

רחוק מהחום והאור המפריעים לשמש, חללית לציד אסטרואידים בנקודת לגראנז 'תהיה רגישה יותר לאותות האינפרא אדום הזעירים של אסטרואידים. הוא יכול להצביע על מגוון כיוונים רחב, למעט קרוב מאוד לשמש. וזה לא היה צריך נוזל קירור כדי להישאר קריר, כפי ש- WISE נדרש לשלב הראשון במשימתו בין 2009 ל -2011 - המיקום עצמו יאפשר קירור טבעי. טלסקופ החלל ג'יימס ווב ינצל את הסביבה התרמית בנקודת L2 השמש-כדור הארץ כדי לעזור לשמור על קור רוח.

L1 ו- L2 גם מאפשרים לך להיות ברוחב פס עצום מכיוון שבמהלך רדיו רגיל של Ka-band, מהירויות התקשורת גבוהות מאוד, אמר מיינזר. אחרת, קצבי הנתונים פשוט נעשים איטיים מאוד, לדבריה, מכיוון שחללית במסלול סביב השמש (המכונה מסלול הליוסצנטרי) בסופו של דבר תתרחק רחוק מכדור הארץ.

Lagrange point science

תצפיות אסטרונומיות וכדור הארץ מרובות ממוקמות בנקודות לגראנז ', ומספקות נקודת מבט של כוכב הלכת והחלל שלנו שלא ניתן להגיע אליהם מקרוב. מדענים גם מבצעים מחקרים תקופתיים של גופים קטנים המתרחשים באופן טבעי בנקודות לגראנז '. להלן כמה תוצאות מדעיות עדכניות:

בשנת 2016 פרסמה נאס'א סרטון שבו כדור הארץ מסתובב במשך שנה שלמה. הזמן שחלף התבסס על 3,000 תמונות שצולמו כל שעתיים על ידי מצלמת EPIC בלוויין מצפה האקלים העמוק (DSCOVR), שנמצא ב L1. מלבד הצגת נופים יפים, EPIC מספקת למדענים מדדים על אקלים כגון גובה ענן, רפלקטיביות אולטרה סגולה או רמות אוזון ואירוסול.

בפברואר 2017, משימת OSIRIS-REX-אז בדרכה לאסטרואיד בנו-בילתה כעשרה ימים בחיפוש אחר אסטרואידים טרויאניים בנקודות לגראנז 'ליד כדור הארץ. 'זה יהיה הדבר המרתק ביותר שיכולנו לגלות', אמר המדען הראשי של המשימה דנטה לורטה, מדען כוכבי לכת במעבדת הירח והפלנטרית של אוניברסיטת אריזונה, אמר לקבוצה לייעוץ מדעי של נאס'א בינואר. החיפוש לא העלה טרויאנים חדשים, אך אולי חלליות אחרות יראו שוב בעתיד.

מחקר שנערך בשנת 2017 מציע שאסטרואידים טרויאנים ליד מאדים הם מכוכב הלכת, ולא אסטרואידים שנתפסו מאזורים אחרים בחלל. האקדח המעשן הוא שלפחות שלושה מתשעת האסטרואידים הטרויאנים של מאדים מכילים כמות גדולה של זיתים. מינרל זה נדיר באסטרואידים, אך נפוץ בגופים גדולים יותר (כולל מאדים, שיש לו באגני השפעה). בעוד שלכדור הארץ ולנוגה יש גם אוליבין, הסופר הראשי דייוויד פולישוק, חוקר במכון ויצמן בישראל, אמר ל- guesswhozoo.com שהמאדים הרבה יותר קל ללכוד אסטרואידים מפני השטח שלו.

עורך העזר טים שארפ תרם למאמר זה.

משאבים נוספים