拉格朗日點
位置
五個拉格朗日點之定義及位置如下:
L1
在M1和M2兩個大天體的連線上,且在它們之間。
例如一個圍繞太陽旋轉(zhuǎn)的物體,它距太陽的距離越近,它的軌道周期就越短。但是這忽略地球的萬有引力對其產(chǎn)生的拉力的影響。如果這個物體在地球與太陽之間,地球引力的影響會減弱太陽對這物體的拉力,因此增加這個物體的軌道周期。物體距地球越近,這種影響就越大。在L1點,物體的軌道周期恰好等于地球的軌道周期。太陽及日光層探測儀(SOHO)即在日-地系統(tǒng)的L1點上運行。
L2
在兩個大天體的連線上,且在較小的天體一側(cè)。
日地系統(tǒng)的L2在地球遠(yuǎn)離太陽的一側(cè)。一般來講,一個物體距太陽的距離越遠(yuǎn),它的軌道周期通常就越長,但L2點上的物體還受到地球的引力,所以軌道周期變地與地球的相等。日地系統(tǒng)的L2通常用于放置空間天文臺。因為L2上的物體可以保持背向太陽和地球的方位,易于保護(hù)和校準(zhǔn)。威爾金森微波各向異性探測器已經(jīng)在日-地系統(tǒng)的L2點上運行。詹姆斯韋伯太空望遠(yuǎn)鏡將要被放置在日-地系統(tǒng)的L2點上。嫦娥二號北京時間2011年8月25日23時27分,經(jīng)過77天的飛行,“嫦娥二號”在世界上首次實現(xiàn)從月球軌道出發(fā),受控準(zhǔn)確進(jìn)入距離地球約150萬公里遠(yuǎn)的、太陽與地球引力平衡點——拉格朗日L2點的環(huán)繞軌道。
地月系統(tǒng)的L2在月球遠(yuǎn)離地球的一側(cè)(月球背面)。2014年中國探月工程三期再入返回飛行試驗器服務(wù)艙曾進(jìn)入環(huán)繞地月L2點的李薩如軌道開展試驗。服務(wù)艙實現(xiàn)了環(huán)繞地月L2點飛行三圈,驗證了軌道設(shè)計、軌道控制和軌道維持技術(shù)。
L3
在兩個大天體的連線上,且在較大的天體一側(cè)。
一些科幻小說和漫畫會在L3點創(chuàng)造一個“反地球”。
L4
L4點受兩天體重力的合力指向系統(tǒng)的質(zhì)心
在以兩天體連線為底的等邊三角形的第三個頂點上,且在較小天體圍繞兩天體系統(tǒng)質(zhì)心運行軌道的前方。此點穩(wěn)定的原因在于,它到兩大物體的距離相等,其對兩物體分別的引力之比,正好等于兩大物體的質(zhì)量之比。因此,兩個引力的合力正好指向該系統(tǒng)的質(zhì)心,合力大小正好提供該物體公轉(zhuǎn)所需之向心力,使其旋轉(zhuǎn)周期與質(zhì)量較小天體相同并達(dá)成軌道平衡。該系統(tǒng)中,兩大物體和L4點上物體圍繞質(zhì)心旋轉(zhuǎn),旋轉(zhuǎn)中心與質(zhì)心重合。事實上,L4與L5點上的物體的質(zhì)量不須小到可忽略。L4和L5處,小物體受太陽和地球的引力的合力指向日地共同質(zhì)心且大小正合適。
L5
在以兩天體連線為底的等邊三角形的第三個頂點上,且在較小天體圍繞兩天體系統(tǒng)質(zhì)心運行軌道的后方。
L4和L5有時稱為三角拉格朗日點或特洛伊點??苹米髌罚ㄈ缏?、小說)所說的用于放置殖民衛(wèi)星的拉格朗日點特指L4和L5,不包括L1、L2和L3。
實質(zhì)上是三個物體圍繞共同質(zhì)心轉(zhuǎn)動。
平衡性
嚴(yán)格而言,首先拉格朗日點只算是二星體連線之法平面內(nèi)的穩(wěn)定點,而在三維空間內(nèi)則不穩(wěn)定:考慮L1:若垂直于中線地推移測試質(zhì)點,則有一力將其推回平衡點(穩(wěn)定平衡);但若測試質(zhì)點漂向任一星體,則該星體之引力會將其拉向自己(不穩(wěn)定平衡)。(參見平衡)L1、L2、L3在這條直線上不穩(wěn)定,如果把物體放在這上面的話,它馬上會離開這個點。所以,有一種軌道的設(shè)計就是,它是圍繞L2做周期運動(Halo orbit(英語:Halo orbit)),這樣的話,我們的衛(wèi)星只需少量調(diào)節(jié)便能維持其軌道。
此對比:若M1比M2大于24.96,則處于L4與L5的物體是穩(wěn)定平衡:當(dāng)一測試質(zhì)點偏離此平衡點,則科里奧利力會將其軌道扭曲成(相對于旋轉(zhuǎn)座標(biāo)之)扁豆?fàn)睢L枺拘窍到y(tǒng)有幾千枚小行星,通稱為“特洛伊小行星”,俱劃此等軌跡。太陽-火星、太陽-土星、木星-木衛(wèi)、土星-土衛(wèi)等系統(tǒng)亦有類似星體。日-地系統(tǒng)中亦有2010 TK7(第一顆地球特洛伊小行星),在二十世紀(jì)五十年代發(fā)現(xiàn)塵霧圍繞L4與L5。在地-月系統(tǒng)之L4與L5點亦發(fā)現(xiàn)比對日照更微弱之塵霧。
地球的伴星(companion object)克魯特尼以類似特洛伊之軌道“圍繞”地球,但不是真正的特洛伊衛(wèi)星,它基本上以一周期略小于一年之橢圓軌道環(huán)繞太陽,接近地球時從地球公轉(zhuǎn)提取動能而進(jìn)入較高之軌道。當(dāng)克魯特尼被地球追上,則會交回此動能,跌落低能軌道,重新開始循環(huán)。
土衛(wèi)十一(Epimetheus)與土衛(wèi)十(Janus)有類似關(guān)系,唯因其質(zhì)量相若,故周期性地互換軌道。
另一類似位形為軌道共振,其中各星體之周期,因其相互作用,成簡單整數(shù)比。
土衛(wèi)三(Tethys)的L4和L5點有兩個小衛(wèi)星,土衛(wèi)十三(Telesto)和土衛(wèi)十四(Calypso)。土衛(wèi)四(Dione)的L4點有一個衛(wèi)星土衛(wèi)十二(Helene)。
參考文獻(xiàn)
^NASA關(guān)于SOHO工程的網(wǎng)站
^王赤.科普:什么是拉格朗日點?2013年01月24日
^我國航天器首次到達(dá)地月L2點南方日報.2015年01月06日
^王赤:介紹拉格朗日點中國科學(xué)院.2011-09-25
^關(guān)于拉格朗日點的介紹
參見
小行星帶
特洛伊小行星
宇宙殖民地
宇宙殖民地 (高達(dá)世界)
機(jī)動戰(zhàn)士鋼彈
免責(zé)聲明:以上內(nèi)容版權(quán)歸原作者所有,如有侵犯您的原創(chuàng)版權(quán)請告知,我們將盡快刪除相關(guān)內(nèi)容。感謝每一位辛勤著寫的作者,感謝每一位的分享。
- 有價值
- 一般般
- 沒價值
{{item.userName}} 舉報
{{item.time}} {{item.replyListShow ? '收起' : '展開'}}評論 {{curReplyId == item.id ? '取消回復(fù)' : '回復(fù)'}}
{{_reply.userName}} 舉報
{{_reply.time}}