B.V. Bulyubas,
, MSTU im. R.E. Alekseeva, Nizhny Novgorod

Poin Lagrange

Sekitar 400 tahun yang lalu, para astronom memiliki alat baru untuk mempelajari dunia planet dan bintang - teleskop Galileo Galilei. Cukup lama waktu berlalu, dan hukum gravitasi universal dan tiga hukum mekanika yang ditemukan oleh Isaac Newton ditambahkan ke dalamnya. Tetapi hanya setelah kematian Newton, metode matematika dikembangkan yang memungkinkan untuk secara efektif menggunakan hukum yang ditemukan olehnya dan untuk secara akurat menghitung lintasan benda langit. Matematikawan Prancis menjadi penulis metode ini. Tokoh kuncinya adalah Pierre Simon Laplace (1749–1827) dan Joseph Louis Lagrange (1736–1813). Untuk sebagian besar, itu adalah upaya mereka yang menciptakan ilmu baru - mekanika langit. Begitulah Laplace menyebutnya, untuk siapa mekanika langit menjadi dasar pemikiran bagi filsafat determinisme. Secara khusus, gambar makhluk fiksi yang dijelaskan oleh Laplace, yang, mengetahui kecepatan dan koordinat semua partikel di Semesta, menjadi dikenal secara luas, dapat dengan jelas memprediksi keadaannya di masa depan kapan pun. Makhluk ini - "iblis Laplace" - mempersonifikasikan gagasan utama filosofi determinisme. Dan saat terbaik dari sains baru datang pada 23 September 1846, dengan ditemukannya planet kedelapan tata surya - Neptunus. Astronom Jerman Johann Galle (1812–1910) menemukan Neptunus persis di tempat yang seharusnya, menurut perhitungan yang dibuat oleh ahli matematika Prancis Urbain Le Verrier (1811–1877).

Salah satu pencapaian luar biasa dari mekanika langit adalah penemuan oleh Lagrange pada tahun 1772 dari apa yang disebut titik-titik perpustakaan. Menurut Lagrange, ada total lima titik dalam sistem dua benda (biasanya disebut Poin Lagrange), di mana jumlah gaya yang bekerja pada benda ketiga yang ditempatkan pada suatu titik (yang massanya secara signifikan lebih kecil dari massa dua lainnya) sama dengan nol. Secara alami, kita berbicara tentang kerangka acuan yang berputar, di mana, selain gaya gravitasi, gaya inersia sentrifugal juga akan bekerja pada tubuh. Oleh karena itu, pada titik Lagrange, tubuh akan berada dalam keadaan setimbang. Dalam sistem Matahari–Bumi, titik-titik Lagrange terletak sebagai berikut. Pada garis lurus yang menghubungkan Matahari dan Bumi, ada tiga dari lima titik. Dot L 3 terletak di sisi berlawanan dari orbit Bumi relatif terhadap Matahari. Dot L 2 terletak di sisi Matahari yang sama dengan Bumi, tetapi di dalamnya, tidak seperti L 3, Matahari ditutupi oleh Bumi. Sebuah titik L 1 ada di jalur penghubung L 2 dan L 3, tetapi antara Bumi dan Matahari. poin L 2 dan L 1 memisahkan jarak yang sama dari Bumi - 1,5 juta km. Karena kekhasannya, poin Lagrange menarik perhatian penulis fiksi ilmiah. Jadi, dalam buku Arthur C. Clarke dan Stephen Baxter "Solar Storm" berada di titik Lagrange L 1 pembuat ruang sedang membangun layar besar yang dirancang untuk memblokir Bumi dari badai matahari yang sangat kuat.

Sisa dua poin L 4 dan L 5 - berada di orbit Bumi, satu di depan Bumi, yang lain di belakang. Kedua titik ini sangat berbeda dari yang lain, karena keseimbangan benda langit yang berada di dalamnya akan stabil. Itulah sebabnya hipotesis ini sangat populer di kalangan astronom sehingga di sekitar titik L 4 dan L 5 mungkin berisi sisa-sisa awan gas dan debu dari era pembentukan planet-planet tata surya, yang berakhir 4,5 miliar tahun lalu.

Setelah stasiun antarplanet otomatis mulai menjelajahi tata surya, minat pada titik Lagrange meningkat secara dramatis. Jadi, di sekitar titik L 1 pesawat ruang angkasa sedang melakukan penelitian tentang angin matahari NASA: SOHO (Solar and Heliospheric Observatory) dan Angin(diterjemahkan dari bahasa Inggris - angin).

Perangkat lain NASA- menguji WMAP (Wilkinson Microwave Anisotropy Probe)- terletak di sekitar titik L 2 dan menyelidiki radiasi peninggalan. Menuju L 2 teleskop luar angkasa Planck dan Herschel bergerak; dalam waktu dekat mereka akan bergabung dengan teleskop Webb, yang akan menggantikan teleskop luar angkasa Hubble yang terkenal berumur panjang. Adapun titik-titik L 4 dan L 5 , kemudian pada 26-27 September 2009 pesawat kembar STEREO-A dan STEREO-B ditransmisikan ke Bumi banyak gambar dari proses aktif di permukaan Matahari. Rencana proyek awal STEREO telah diperluas secara signifikan baru-baru ini, dan probe sekarang juga diharapkan dapat digunakan untuk mempelajari sekitar titik Lagrange untuk keberadaan asteroid di sana. Tujuan utama dari studi semacam itu adalah untuk menguji model komputer yang memprediksi keberadaan asteroid di titik Lagrange yang "stabil".

Dalam hal ini, harus dikatakan bahwa pada paruh kedua abad ke-20, ketika dimungkinkan untuk memecahkan persamaan kompleks mekanika langit di komputer secara numerik, citra tata surya yang stabil dan dapat diprediksi (dan dengan itu filosofi determinisme) akhirnya menjadi sesuatu dari masa lalu. Pemodelan komputer telah menunjukkan bahwa ketidakakuratan yang tak terhindarkan dalam nilai numerik kecepatan dan koordinat planet-planet pada saat tertentu menyebabkan perbedaan yang sangat signifikan dalam model evolusi tata surya. Jadi, menurut salah satu skenario, tata surya dalam ratusan juta tahun bahkan mungkin kehilangan salah satu planetnya.

Pada saat yang sama, model komputer memberikan kesempatan unik untuk merekonstruksi peristiwa yang terjadi di zaman yang jauh dari masa muda tata surya. Jadi, model matematikawan E. Belbruno dan astrofisikawan R. Gott (Universitas Princeton), yang menurutnya, di salah satu titik Lagrange ( L 4 atau L 5) di masa lalu, planet Thea terbentuk ( teia). Pengaruh gravitasi dari planet lain memaksa Thea meninggalkan titik Lagrange di beberapa titik, memasuki lintasan gerak menuju Bumi dan akhirnya bertabrakan dengannya. Model Gott dan Belbruno menambahkan detail pada hipotesis yang dibagikan oleh banyak astronom. Menurutnya, Bulan terdiri dari materi yang terbentuk sekitar 4 miliar tahun lalu setelah benda luar angkasa seukuran Mars bertabrakan dengan Bumi. Hipotesis ini, bagaimanapun, memiliki titik lemah: pertanyaan di mana tepatnya objek seperti itu dapat terbentuk. Jika tempat kelahirannya adalah bagian dari tata surya yang jauh dari Bumi, maka energinya akan sangat besar dan hasil tumbukan dengan Bumi bukanlah penciptaan Bulan, tetapi penghancuran Bumi. Akibatnya, objek seperti itu seharusnya terbentuk tidak jauh dari Bumi, dan sekitar salah satu titik Lagrange sangat cocok untuk ini.

Tetapi karena peristiwa dapat berkembang dengan cara ini di masa lalu, apa yang melarangnya terjadi lagi di masa depan? Tidakkah Thea lain akan tumbuh, dengan kata lain, di sekitar titik Lagrange? Prof. P. Weigert (University of Western Ontario, Kanada) percaya bahwa ini tidak mungkin, karena saat ini tidak ada cukup partikel debu di tata surya untuk membentuk benda-benda seperti itu, dan 4 miliar tahun yang lalu, ketika planet-planet terbentuk dari partikel-partikel gas dan awan debu, situasinya pada dasarnya berbeda. Menurut R. Gott, di sekitar titik Lagrange, asteroid, sisa-sisa "bahan bangunan" planet Thea, mungkin dapat ditemukan. Asteroid tersebut dapat menjadi faktor risiko yang signifikan bagi Bumi. Memang, pengaruh gravitasi dari planet lain (terutama Venus) mungkin cukup untuk asteroid meninggalkan sekitar titik Lagrange, dan dalam hal ini mungkin memasuki lintasan tabrakan dengan Bumi. Hipotesis Gott memiliki prasejarah: kembali pada tahun 1906, M. Wolf (Jerman, 1863-1932) menemukan asteroid di titik Lagrange dari sistem Matahari-Jupiter, yang pertama di luar sabuk asteroid antara Mars dan Jupiter. Selanjutnya, lebih dari seribu dari mereka ditemukan di sekitar titik Lagrange dari sistem Matahari-Jupiter. Tidak begitu berhasil adalah upaya untuk menemukan asteroid di dekat planet lain di tata surya. Rupanya, mereka masih belum ada di dekat Saturnus, dan hanya dalam dekade terakhir mereka ditemukan di dekat Neptunus. Untuk alasan ini, tentu saja, pertanyaan tentang ada atau tidak adanya asteroid di titik Lagrange sistem Bumi-Matahari menjadi perhatian yang ekstrem bagi para astronom modern.

P. Weigert, menggunakan teleskop di Mauna Kea (Hawaii, AS), sudah dicoba di awal 90-an. abad ke-20 menemukan asteroid ini. Pengamatannya teliti, tetapi tidak membawa keberhasilan. Relatif baru-baru ini, program pencarian otomatis untuk asteroid telah diluncurkan, khususnya, Proyek Lincoln untuk Mencari Asteroid yang Dekat dengan Bumi. (Proyek Penelitian Asteroid Dekat Bumi Lincoln). Namun, mereka belum menunjukkan hasil apa pun.

Diasumsikan bahwa probe STEREO akan membawa pencarian tersebut ke tingkat akurasi yang berbeda secara fundamental. Lintasan probe di sekitar titik Lagrange direncanakan pada awal proyek, dan setelah dimasukkannya program pencarian asteroid ke dalam proyek, bahkan kemungkinan untuk meninggalkannya secara permanen di sekitar titik-titik ini didiskusikan.

Perhitungan, bagaimanapun, menunjukkan bahwa menghentikan probe akan membutuhkan terlalu banyak bahan bakar. Mengingat keadaan ini, para pemimpin proyek STEREO menetap pada opsi perjalanan lambat dari area ruang ini. Ini akan memakan waktu berbulan-bulan. Perekam heliosfer ditempatkan di atas pesawat, dan dengan bantuan mereka mereka akan mencari asteroid. Bahkan dalam kasus ini, tugasnya tetap cukup sulit, karena dalam gambar di masa depan asteroid hanya akan berupa titik-titik yang bergerak dengan latar belakang ribuan bintang. Pemimpin proyek STEREO mengandalkan bantuan aktif dalam pencarian mereka dari astronom amatir yang akan melihat gambar yang dihasilkan di Internet.

Para ahli sangat memperhatikan keamanan pergerakan probe di sekitar titik Lagrange. Memang, tabrakan dengan "partikel debu" (yang ukurannya bisa sangat signifikan) dapat merusak probe. Dalam penerbangan mereka, probe STEREO telah berulang kali menemukan partikel debu - dari sekali hingga beberapa ribu per hari.

Intrik utama dari pengamatan yang akan datang adalah ketidakpastian lengkap dari pertanyaan tentang berapa banyak asteroid yang harus "dilihat" oleh probe. STEREO(jika mereka melihatnya sama sekali). Model komputer baru tidak membuat situasi lebih dapat diprediksi: mereka menyarankan bahwa pengaruh gravitasi Venus tidak hanya dapat "menarik" asteroid dari titik Lagrange, tetapi juga berkontribusi pada pergerakan asteroid ke titik ini. Jumlah total asteroid di sekitar titik Lagrange tidak terlalu besar ("kita tidak berbicara tentang ratusan"), dan ukuran liniernya dua kali lipat lebih kecil daripada ukuran asteroid dari sabuk antara Mars dan Jupiter. Akankah ramalannya menjadi kenyataan? Tinggal sedikit lagi untuk menunggu...

Berdasarkan bahan artikel (diterjemahkan dari bahasa Inggris)
S. Clark. Hidup tanpa bobot // Ilmuwan Baru. 21 Februari 2009

Apa pun tujuan yang Anda tetapkan untuk diri sendiri, misi apa pun yang Anda rencanakan - salah satu hambatan terbesar menuju jalan Anda di luar angkasa adalah bahan bakar. Jelas bahwa sejumlah tertentu sudah dibutuhkan untuk meninggalkan Bumi. Semakin banyak kargo yang perlu Anda keluarkan dari atmosfer, semakin banyak bahan bakar yang Anda butuhkan. Tetapi karena ini, roket menjadi lebih berat, dan semuanya berubah menjadi lingkaran setan. Inilah yang mencegah kami mengirim beberapa stasiun antarplanet ke alamat yang berbeda dengan satu roket - itu tidak memiliki cukup ruang untuk bahan bakar. Namun, kembali di tahun 80-an abad terakhir, para ilmuwan menemukan celah - cara untuk melakukan perjalanan di sekitar tata surya, hampir tanpa menggunakan bahan bakar. Ini disebut Jaringan Transportasi Antarplanet.

Metode penerbangan luar angkasa saat ini

Saat ini, bergerak di antara objek-objek di tata surya, seperti perjalanan dari Bumi ke Mars, biasanya membutuhkan apa yang disebut penerbangan elips Hohmann. Kapal induk diluncurkan dan kemudian berakselerasi hingga berada di luar orbit Mars. Di dekat planet merah, roket melambat dan mulai berputar di sekitar target tujuannya. Ini membakar banyak bahan bakar untuk akselerasi dan deselerasi, tetapi elips Gohmann tetap menjadi salah satu cara paling efisien untuk melakukan perjalanan antara dua objek di ruang angkasa.

Ellipse Goman-Dug I - penerbangan dari Bumi ke Venus. Arc II - penerbangan dari Venus ke Mars Arc III - kembali dari Mars ke Bumi.

Manuver gravitasi juga digunakan, yang bahkan bisa lebih efektif. Membuatnya, pesawat ruang angkasa berakselerasi, menggunakan gaya gravitasi benda angkasa besar. Peningkatan kecepatan sangat signifikan hampir tanpa menggunakan bahan bakar. Kami menggunakan manuver ini setiap kali kami mengirim stasiun kami dalam perjalanan panjang dari Bumi. Namun, jika kapal setelah manuver gravitasi perlu memasuki orbit planet, ia masih harus melambat. Tentu saja, Anda ingat bahwa ini membutuhkan bahan bakar.

Tepat untuk alasan ini, pada akhir abad terakhir, beberapa ilmuwan memutuskan untuk mendekati solusi masalah dari sisi lain. Mereka memperlakukan gravitasi bukan sebagai gendongan, tetapi sebagai lanskap geografis, dan merumuskan gagasan jaringan transportasi antarplanet. Pintu masuk dan keluar batu loncatan ke sana adalah titik Lagrange - lima area di sebelah benda langit, di mana gaya gravitasi dan rotasi menjadi seimbang. Mereka ada dalam sistem apa pun di mana satu benda berputar di sekitar yang lain, dan tanpa kepura-puraan orisinalitas diberi nomor dari L1 hingga L5.

Jika kita menempatkan pesawat ruang angkasa di titik Lagrange, itu akan menggantung di sana tanpa batas, karena gravitasi tidak menariknya ke satu arah lebih dari yang lain. Namun, tidak semua poin ini, secara kiasan, diciptakan sama. Beberapa di antaranya stabil - jika Anda bergerak sedikit ke samping saat berada di dalam, gravitasi akan mengembalikan Anda ke tempatnya - seperti bola di dasar lembah gunung. Poin Lagrange lainnya tidak stabil - jika Anda bergerak sedikit, Anda akan mulai terbawa dari sana. Benda-benda di sini seperti bola di atas bukit - ia akan tetap di sana jika ditempatkan dengan baik atau jika dipegang di sana, tetapi bahkan angin sepoi-sepoi saja sudah cukup untuk menambah kecepatan dan menggelinding ke bawah.

Bukit dan lembah lanskap luar angkasa

Pesawat ruang angkasa yang terbang di sekitar tata surya memperhitungkan semua "bukit" dan "lembah" ini selama penerbangan dan pada tahap peletakan rute. Namun, jaringan transportasi antarplanet memaksa mereka bekerja untuk kepentingan masyarakat. Seperti yang sudah Anda ketahui, setiap orbit stabil memiliki lima titik Lagrange. Ini adalah sistem Bumi-Bulan, dan sistem Matahari-Bumi, dan sistem semua satelit Saturnus dengan Saturnus itu sendiri ... Anda dapat melanjutkan sendiri, lagipula, di Tata Surya banyak hal berputar di sekitar sesuatu.

Titik Lagrange ada di mana-mana dan di mana-mana, meskipun mereka terus-menerus mengubah lokasi spesifiknya di luar angkasa. Mereka selalu mengikuti orbit objek yang lebih kecil dari sistem rotasi, dan ini menciptakan lanskap bukit dan lembah gravitasi yang selalu berubah. Dengan kata lain, distribusi gaya gravitasi di tata surya berubah seiring waktu. Terkadang daya tarik dalam koordinat spasial tertentu diarahkan ke Matahari, di titik waktu lain - menuju planet, dan juga terjadi bahwa titik Lagrange melewatinya, dan keseimbangan berlaku di tempat ini, ketika tidak ada yang menarik ke mana pun .

Metafora bukit dan lembah membantu kita merepresentasikan ide abstrak ini dengan lebih baik, jadi kita akan menggunakannya beberapa kali lagi. Terkadang di luar angkasa terjadi satu bukit lewat di sebelah bukit lain atau lembah lain. Mereka bahkan mungkin tumpang tindih. Dan pada saat ini, gerakan kosmik menjadi sangat efektif. Misalnya, jika bukit gravitasi Anda tumpang tindih dengan lembah, Anda dapat "berguling" ke dalamnya. Jika bukit lain tumpang tindih dengan bukit Anda, Anda dapat melompat dari puncak ke puncak.

Bagaimana cara menggunakan Jaringan Transportasi Antarplanet?

Ketika titik-titik Lagrange dari orbit yang berbeda saling mendekat, hampir tidak diperlukan usaha untuk berpindah dari satu titik ke titik lainnya. Artinya, jika Anda tidak terburu-buru dan siap menunggu pendekatan mereka, Anda dapat melompat dari orbit ke orbit, misalnya, di sepanjang rute Bumi-Mars-Jupiter dan seterusnya, hampir tanpa menghabiskan bahan bakar. Sangat mudah untuk memahami bahwa ide ini digunakan oleh Jaringan Transportasi Antarplanet. Jaringan titik Lagrange yang terus berubah seperti jalan berliku yang memungkinkan Anda berpindah antar orbit dengan konsumsi bahan bakar yang sedikit.

Dalam komunitas ilmiah, pergerakan titik-ke-titik ini disebut lintasan transfer berbiaya rendah, dan mereka telah digunakan beberapa kali dalam praktik. Salah satu contoh paling terkenal adalah upaya putus asa tetapi berhasil untuk menyelamatkan stasiun bulan Jepang pada tahun 1991, ketika pesawat ruang angkasa itu kekurangan bahan bakar untuk menyelesaikan misinya dengan cara tradisional. Sayangnya, kami tidak dapat menggunakan teknik ini secara teratur, karena kombinasi poin Lagrange yang menguntungkan dapat diharapkan selama beberapa dekade, abad, dan bahkan lebih lama.

Tapi, jika waktu tidak terburu-buru, kita bisa mengirim pesawat ke luar angkasa, yang akan dengan tenang menunggu kombinasi yang diperlukan, dan mengumpulkan informasi di sisa waktu. Setelah menunggu, dia akan melompat ke orbit lain, dan melakukan pengamatan, karena sudah berada di sana. Penyelidikan ini akan dapat melakukan perjalanan mengelilingi tata surya untuk waktu yang tidak terbatas, mencatat segala sesuatu yang terjadi di sekitarnya, dan mengisi kembali beban ilmiah peradaban manusia. Jelas bahwa ini pada dasarnya akan berbeda dari cara kita menjelajahi luar angkasa sekarang, tetapi metode ini terlihat menjanjikan, termasuk untuk misi jangka panjang di masa depan.

Titik Lagrange dinamai menurut ahli matematika abad kedelapan belas yang terkenal yang menggambarkan konsep Masalah Tiga Tubuh dalam karyanya tahun 1772. Titik-titik ini juga disebut titik Lagrangian, serta titik librasi.

Tapi apa titik Lagrange dari sudut pandang ilmiah, bukan sejarah?

Titik Lagrangian adalah titik di ruang angkasa di mana gravitasi gabungan dari dua benda yang cukup besar, seperti Bumi dan Matahari, Bumi dan Bulan, sama dengan gaya sentrifugal yang dirasakan oleh benda ketiga yang jauh lebih kecil. Sebagai hasil dari interaksi semua benda ini, titik keseimbangan tercipta di mana pesawat ruang angkasa dapat memarkir dan melakukan pengamatannya.

Kita tahu lima poin seperti itu. Tiga di antaranya terletak di sepanjang garis yang menghubungkan dua benda besar. Jika kita mengambil hubungan Bumi dengan Matahari, maka titik pertama L1 terletak tepat di antara keduanya. Jarak dari Bumi ke sana adalah satu juta mil. Dari titik ini, pemandangan Matahari selalu terbuka. Hari ini sepenuhnya ditangkap oleh "mata" SOHO - Observatorium Matahari dan Heliosfer, serta Observatorium Iklim Luar Angkasa.

Lalu ada L2, yang berjarak satu juta mil dari Bumi, seperti saudara perempuannya. Namun, dalam arah yang berlawanan dari Matahari. Pada titik ini, dengan Bumi, Matahari, dan Bulan di belakangnya, pesawat ruang angkasa bisa mendapatkan pemandangan luar angkasa yang sempurna.

Hari ini, para ilmuwan mengukur radiasi latar belakang kosmik dari Big Bang di daerah ini. Direncanakan untuk memindahkan Teleskop Luar Angkasa James Webb ke wilayah ini pada tahun 2018.

Titik Lagrange lainnya - L3 - terletak di arah yang berlawanan dari Bumi. Itu selalu terletak di belakang Matahari dan tersembunyi untuk selama-lamanya. Omong-omong, sejumlah besar fiksi ilmiah memberi tahu dunia tentang beberapa planet rahasia X, yang terletak di titik ini. Bahkan ada film Hollywood Man from Planet X.

Namun, perlu dicatat bahwa ketiga titik tersebut tidak stabil. Mereka memiliki keseimbangan yang tidak stabil. Dengan kata lain, jika pesawat ruang angkasa itu menjauh atau menjauh dari Bumi, maka ia pasti akan jatuh di Matahari atau di planet kita. Artinya, dia akan berperan sebagai gerobak yang terletak di ujung bukit yang sangat curam. Sehingga kapal harus terus menerus melakukan penyesuaian agar tidak terjadi tragedi.

Ada baiknya ada poin yang lebih stabil - L4, L5. Stabilitas mereka dibandingkan dengan bola dalam mangkuk besar. Titik-titik ini terletak di sepanjang orbit bumi enam puluh derajat di belakang dan di depan rumah kita. Dengan demikian, dua segitiga sama sisi terbentuk, di mana massa besar menonjol sebagai simpul, misalnya, Bumi atau Matahari.

Karena titik-titik ini stabil, debu kosmik dan asteroid terus menumpuk di daerah mereka. Selain itu, asteroid disebut Trojan, karena mereka disebut dengan nama berikut: Agamemnon, Achilles, Hector. Mereka terletak di antara Matahari dan Jupiter. Menurut NASA, ada ribuan asteroid seperti itu, termasuk Trojan 2010 TK7 yang terkenal.

Diyakini bahwa L4, L5 bagus untuk mengatur koloni di sana. Terutama karena fakta bahwa mereka cukup dekat dengan dunia.

Daya tarik poin Lagrange

Jauh dari panas matahari, kapal-kapal di titik Lagrange L1 dan 2 cukup sensitif untuk menggunakan sinar infra merah yang berasal dari asteroid. Selain itu, dalam hal ini, pendinginan kasing tidak diperlukan. Sinyal inframerah ini dapat digunakan sebagai petunjuk arah, menghindari jalur menuju Matahari. Juga, titik-titik ini memiliki throughput yang cukup tinggi. Kecepatan komunikasi jauh lebih tinggi daripada saat menggunakan Ka-band. Lagi pula, jika kapal berada dalam orbit heliosentris (mengorbit Matahari), maka jaraknya yang terlalu jauh dari Bumi akan berdampak buruk pada kecepatan transfer data.

> Poin Lagrange

Seperti apa penampilan mereka dan di mana mencarinya Poin Lagrange di luar angkasa: sejarah penemuan, sistem Bumi dan Bulan, 5 L-titik dari sistem dua benda besar, pengaruh gravitasi.

Jujur saja: kita terjebak di Bumi. Kita harus berterima kasih kepada gravitasi atas fakta bahwa kita tidak terlempar ke luar angkasa dan kita bisa berjalan di permukaan. Tetapi untuk membebaskan diri, Anda harus menggunakan sejumlah besar energi.

Namun, ada wilayah tertentu di Alam Semesta di mana sistem cerdas telah menyeimbangkan pengaruh gravitasi. Dengan pendekatan yang tepat, ini dapat digunakan untuk pengembangan ruang yang lebih produktif dan lebih cepat.

Tempat-tempat ini disebut Poin Lagrange(L-poin). Mereka mendapatkan nama mereka dari Joseph Louis Lagrange, yang menggambarkan mereka pada tahun 1772. Bahkan, ia berhasil mengembangkan matematika Leonhard Euler. Ilmuwan adalah yang pertama menemukan tiga titik seperti itu, dan Lagrange mengumumkan dua berikutnya.

Poin Lagrange: Apa yang kita bicarakan?

Ketika Anda memiliki dua objek besar (seperti Matahari dan Bumi), kontak gravitasi mereka sangat seimbang di 5 area tertentu. Di masing-masingnya, Anda dapat menempatkan satelit yang akan dipegang di tempatnya dengan sedikit usaha.

Yang paling menonjol adalah titik Lagrange pertama L1, seimbang antara gaya tarik gravitasi dua benda. Misalnya, Anda dapat memasang satelit di atas permukaan bulan. Gravitasi bumi mendorongnya ke bulan, tetapi gaya satelit juga menolak. Jadi perangkat tidak harus menghabiskan banyak bahan bakar. Penting untuk dipahami bahwa titik ini ada di antara semua objek.

L2 sejajar dengan tanah, tetapi di sisi lain. Mengapa gravitasi terpadu tidak menarik satelit ke arah Bumi? Ini semua tentang lintasan orbit. Satelit di titik L2 akan terletak di orbit yang lebih tinggi dan tertinggal di belakang Bumi, karena bergerak lebih lambat di sekitar bintang. Tapi gravitasi bumi mendorongnya dan membantunya tetap di tempatnya.

L3 harus dicari di sisi berlawanan dari sistem. Gravitasi antara objek menjadi stabil dan manuver pesawat dengan mudah. Satelit seperti itu akan selalu tertutup oleh Matahari. Perlu dicatat bahwa tiga titik yang dijelaskan tidak dianggap stabil, karena cepat atau lambat satelit mana pun akan menyimpang. Jadi tanpa mesin yang bekerja tidak ada yang bisa dilakukan di sana.

Ada juga L4 dan L5 yang terletak di depan dan di belakang objek bawah. Segitiga sama sisi dibuat di antara massa, salah satu sisinya adalah L4. Jika Anda membalikkannya, Anda mendapatkan L5.

Dua poin terakhir dianggap stabil. Ini dikonfirmasi oleh asteroid yang ditemukan di planet besar, seperti Jupiter. Ini adalah Trojan yang terperangkap dalam perangkap gravitasi antara gravitasi Matahari dan Jupiter.

Bagaimana cara menggunakan tempat seperti itu? Penting untuk dipahami bahwa ada banyak jenis eksplorasi ruang angkasa. Misalnya, satelit sudah berada di titik Bumi-Matahari dan Bumi-Bulan.

Sun-Earth L1 adalah tempat yang bagus untuk tinggal bagi teleskop surya. Perangkat mendekati bintang sedekat mungkin, tetapi tidak kehilangan kontak dengan planet asalnya.

Teleskop James Webb masa depan (1,5 juta km dari kami) direncanakan akan ditempatkan di titik L2.

Earth-Moon L1 adalah titik yang sangat baik untuk stasiun pengisian bahan bakar bulan, yang memungkinkan Anda menghemat pengiriman bahan bakar.

Ide yang paling fantastis adalah ingin menempatkan stasiun luar angkasa Ostrov III di L4 dan L5, karena di sana akan benar-benar stabil.

Mari kita tetap berterima kasih pada gravitasi dan interaksi anehnya dengan objek lain. Bagaimanapun, ini memungkinkan Anda untuk memperluas cara menguasai ruang.

Ketika Joseph Louis Lagrange mengerjakan masalah dua benda besar (masalah terbatas tiga benda), ia menemukan bahwa dalam sistem seperti itu ada 5 titik dengan properti berikut: jika benda dengan massa yang sangat kecil terletak di dalamnya (relatif terhadap besar tubuh), maka tubuh-tubuh ini akan menjadi tidak bergerak relatif terhadap dua tubuh besar itu. Poin penting: benda masif harus berputar di sekitar pusat massa yang sama, tetapi jika entah bagaimana mereka diam saja, maka seluruh teori ini tidak berlaku di sini, sekarang Anda akan mengerti mengapa.

Contoh paling sukses, tentu saja, adalah Matahari dan Bumi, dan kami akan mempertimbangkannya. Tiga titik pertama L1, L2, L3 berada pada garis yang menghubungkan pusat massa Bumi dan Matahari.

Titik L1 berada di antara benda-benda (lebih dekat ke Bumi). Mengapa itu ada? Bayangkan bahwa di antara Bumi dan Matahari ada semacam asteroid kecil yang berputar mengelilingi Matahari. Sebagai aturan, benda-benda di dalam orbit Bumi memiliki frekuensi revolusi yang lebih tinggi daripada Bumi (tetapi tidak harus) Jadi, jika asteroid kita memiliki frekuensi revolusi yang lebih tinggi, maka dari waktu ke waktu ia akan terbang melewati planet kita, dan itu akan memperlambatnya dengan gravitasinya, dan akhirnya frekuensi revolusi asteroid akan sama dengan bumi. Jika Bumi memiliki frekuensi revolusi yang lebih tinggi, maka ia, terbang melewati asteroid dari waktu ke waktu, akan menariknya dan mempercepatnya, dan hasilnya sama: frekuensi revolusi Bumi dan asteroid akan menjadi sama. Tapi ini hanya mungkin jika orbit asteroid melewati titik L1.

Titik L2 berada di belakang Bumi. Tampaknya asteroid imajiner kita pada titik ini harus tertarik ke Bumi dan Matahari, karena mereka berada di sisi yang sama, tetapi tidak. Jangan lupa bahwa sistemnya berputar, dan karena itu, gaya sentrifugal yang bekerja pada asteroid diseimbangkan oleh gaya gravitasi Bumi dan Matahari. Benda-benda di luar orbit Bumi, secara umum, frekuensi revolusinya lebih kecil daripada Bumi (sekali lagi, tidak selalu). Jadi intinya sama: orbit asteroid melewati L2 dan Bumi, terbang dari waktu ke waktu, menarik asteroid bersamanya, akhirnya menyamakan frekuensi revolusinya dengan frekuensinya sendiri.

Titik L3 berada di belakang Matahari. Ingat, penulis fiksi ilmiah sebelumnya memiliki gagasan bahwa di sisi lain Matahari ada planet lain, seperti Counter-Earth? Jadi, titik L3 hampir sampai, tetapi sedikit lebih jauh dari Matahari, dan tidak persis di orbit Bumi, karena pusat massa sistem "Matahari-Bumi" tidak bertepatan dengan pusat massa Matahari. Dengan frekuensi revolusi asteroid di titik L3, semuanya jelas, harus sama dengan Bumi; jika kurang, asteroid akan jatuh ke Matahari, jika lebih, ia akan terbang menjauh. Ngomong-ngomong, titik ini adalah yang paling tidak stabil, bergoyang karena pengaruh planet lain, terutama Venus.

L4 dan L5 terletak di orbit yang sedikit lebih besar dari Bumi, dan sebagai berikut: bayangkan bahwa dari pusat massa sistem "Matahari-Bumi" kita menggambar sinar ke Bumi dan sinar lain, sehingga sudut antara balok ini adalah 60 derajat. Dan di kedua arah, yaitu berlawanan arah jarum jam dan di sepanjang itu. Jadi, pada satu balok seperti itu ada L4, dan di sisi lain L5. L4 akan berada di depan Bumi dalam arah perjalanan, yaitu seolah-olah melarikan diri dari Bumi, dan L5, masing-masing, akan mengejar Bumi. Jarak dari salah satu titik ini ke Bumi dan Matahari adalah sama. Sekarang, mengingat hukum gravitasi universal, kita perhatikan bahwa gaya tarik-menarik sebanding dengan massa, yang berarti bahwa asteroid kita di L4 atau L5 akan tertarik ke Bumi berkali-kali lebih lemah daripada Bumi lebih ringan daripada Matahari. Jika vektor gaya-gaya ini dibangun secara geometris murni, maka resultannya akan diarahkan tepat ke barycenter (pusat massa sistem "Matahari-Bumi"). Matahari dan Bumi berputar mengelilingi barycenter dengan frekuensi yang sama, dan asteroid di L4 dan L5 juga akan berotasi dengan frekuensi yang sama. L4 disebut Yunani, dan L5 disebut Trojan untuk menghormati asteroid Trojan Jupiter (lebih lanjut di Wiki).