Точки Лагранжа — космическая «липучка для мух»

    «Их часто называют «местом, где отсутствует гравитация». Огромные космические пространства, протяженностью в миллионы километров, где гравитация не работает, области, захватывающие и не выпускающие любой попавший туда объект. Астрономы называют их точками Лагранжа или же кратко — L4 и L5». Под катом — огромнючая статья про них, родимых.

    (Статья Стюарта Кларка, New Scientist), довольно большая. Перевод сокращенный)

    На протяжении 4,5 млрд лет со времени формирования Солнечной системы все — от пылевых облаков до астероидов и скрытых планет — могло в них собираться и накапливаться. Некоторые околонаучные издания заявляют даже об инопланетянах, спрятавшихся в L4 и L5 и наблюдающих за Землей со своих блюдец.

    Если на секунду отвлечься от зеленых человечков, даже само присутствие в точках старых космических обломков скал может осчастливить множество ученых. «Думаю, в L4 и L5 и правда можно обнаружить целую «популяцию» разнообразных объектов», — говорит астрофизик Ричард Готт из Принстонского университета.

    После столетия научных спекуляций мы наконец пришли к тому, чтобы выяснить, что скрывается в точках Лагранжа. В этом году, немного позже, два космических аппарата, которые до сих пор занимались изучением Солнца, достигнут пространств L4 и L5.

    Астрономы планируют использовать инструментарий на борту космических зондов НАСА STEREO А и В, чтобы поискать небесные тела, которые, предположительно, могут скрываться в областях точек Лагранжа. Их находки могли бы существенно повлиять на наше представление о том, как формировалась Солнечная система, о тех колоссальных взаимодействиях, которые сформировали Луну и, возможно, предостеречь нас от будущих столкновений.

    Точки Лагранжа были впервые открыты в 1772 году математиком Жозе Луи Лагранжем. Он вычислил, что гравитационное поле Земли должно нейтрализовать гравитационное притяжение Солнца в пяти областях пространства — фактически, единственных областях, где объект и правда может стать невесомым.
    Из пяти точек L4 и L5 — самые интригующие. Они — единственные стабильные области, если спутник попадет в L1 или L2, спустя несколько месяцев его «отпустит» и он полетит дальше, но любой объект, попавший «в поле зрения» L4 или L5, останется там очень надолго, если не навсегда. Они расположены на расстоянии 150 млн км от Земли, на плоскости земной орбиты, причем L4 вращается вокруг Солнца на 60 градусов впереди Земли, а L5 находится под точно таким углом позади планеты.

    Вокруг других планет наблюдаются свидетельства таких же областей. В 1906 году Макс Вольф открыл астероид, находящийся за основным поясом между Марсом и Юпитером, и понял, что он находится в L4 Юпитера. Вольф назвал его Ахиллесом, и таким образом, основал традицию называния подобных астероидов именами участников Троянской войны. Понимание того, что Ахиллес мог попасться в такую ловушку, подняло волну поисков дополнительных примеров. Сейчас известно около 1000 астероидов, пойманных юпитерианскими точками Лагранжа.

    Поиски «троянских» астериодов возле других планет пока что не особо успешны. Возле Сатурна таковых обнаружить не удалось, возле Нептуна нашли ровно один. И, естественно, заинтересовались Землей.
    Единственная проблема в том, что точки L4 и L5 труднодоступны для наблюдения с Земли. Они расположены близко к Солнцу, так что в ночное время область L5 находится над горизонтом и быстро опускается, а L4 затмевается рассветными лучами.

    Что не помешало Полу Вейгерту из Университета Восточного Онтарио, Канада, провести серию поисков в 1990-х, с использованием франко-гавайского телескопа на горе Мауна Кеа, Гавайи. Это было довольно сложным заданием, поскольку L4 и L5 занимают видимые области на небе больше, чем Луна в полнолуние. К сожалению, команде Вейгерта не удалось обнаружить сколько-нибудь интересных вещей.

    Ближе к нашему времени, автоматический поиск, такой как проект по исследованию астероидов возле Земли (Lincoln Near Earth Asteroid Research project) также начал уделять внимание областям Лагранжа, но до сих пор там не удалось ничего обнаружить. «Это направление исследований зачахло, потому что каждый сидит и ждет, пока кто-нибудь другой сделает открытие», — говорит Вейгерт.

    КА STEREO могут поменять положение вещей — даже при том, что зонды не были специально предназначены для поиска астероидов. Они были запущены в 2006 году, один — впереди Земли, другой — позади, так что сейчас они могут исследовать пространство между Землей и Солнцем, в основном занимаясь изучением солнечных бурь, которые могут вывести из строя орбитальные спутники или оборудование на Земле. Как раз L4 и L5 являются очень удачными «пунктами наблюдения» за солнечной активностью «Мы даже говорили о том, чтобы остановить зонды, когда они достигнут этих областей, поскольку все равно для точных записей необходимо несколько дней», — говорит Майкл Кейзер из Центра космических полетов в Годдарде в Гринбелте, штат Мериленд, также участник проекта STEREO.
    Вообще-то команда проекта STEREO считает, что остановка их зондов в зонах L4 и L5 требует слишком большого расхода топлива. Поэтому зонды настроят на очень медленный «пролет», правда, не такой медленный, чтобы попасться в гравитационную ловушку.

    В связи с этим Ричарду Гаррисону из лаборатории Рутфорд Эпплтон в Оксфордшире пришла в голову мысль, что зонды можно нагрузить еще одним заданием. Он исследовал все возможности и понял, что инструменты, предназначенные для получения гелиосферических снимков можно перенастроить под поиск астероидов. Даже в таком случае найти троянский астероид будет очень сложно, поскольку он будет точкой, движущейся на фоне тысяч звезд. К счастью, уже сформировалась команда волонтеров, которые будут детально изучать снимки.

    Если астероид таки будет найден, по изменению отраженного его поверхностью солнечного света можно будет определить его вращение и предсказать расположение других астероидов в точках Лагранжа. И тогда, возможно, появится ответ на вопрос: почему у Земли такой массивный спутник? Сейчас большинство ученых уверены, что Луна сформировалась из космического мусора, вернее, обломков, оставшихся после того, как объект величиной с Марс врезался в Землю около 4 млрд лет назад. Проблема в том, чтобы объяснить, откуда он мог взяться. Потому что, как показывают компьютерные модели ситуации, все входящие в Солнечную систему объекты такого размера должны были бы уничтожить Землю при столкновении, вместо того, чтобы самим распадаться на кусочки и образовывать спутники. Так что такой объект должен был возникнуть «рядом», чтобы не успеть достаточно разогнаться перед столкновением. Еще одним подтверждением близкого расположения такого тела является обнаружение в лунном веществе того же количества изотопов кислорода, что характерно для Земли. Марс, например, характеризуется другим соотношением. Но остается неясным, как такое большое небесное тело могло сформироваться близко к Земле и не столкнуться с ней. Если только формирование не происходило в точках Лагранжа. А как только объект достиг определенных размеров, притяжение других планет, например, Венеры, вырвало его из этой области и заставило врезаться в Землю. «Одинаковое с Землей количество изотопов кислорода можно было бы объяснить тем, что его формирование происходило близко к Земле», — говорит Готт. Кроме того, находясь на одной и той же орбите, обе планеты не могли бы слишком различаться по скорости, когда произошло столкновение. А, если в точках Лагранжа возле Земли можно будет обнаружить остатки формирования такой планеты и доказать, что содержание изотопов кислорода у них общее с землей, фактически, теория будет почти доказана.

    Если астероиды и будут найдены, они вряд ли будут больше километра в диаметре, считает Вейгерт. При том, что средний размер астероидов основного пояса — 100 километров.

    Напоследок можно добавить чуть-чуть желтизны в ожидания открытия: некоторые астрономы высказывают предположение, что в точках Лагранжа может прятаться целая планета. «Ни в коем случае, — говорит Пол Вейгрт. — Там нет необходимого количества вещества для формирования такого большого тела»,
    Но 4,5 млрд лет назад ситуация была другой: планеты формировались из смеси пыли и газа, а L4 и L5 были как раз подходящими «аккумуляторами» для того, чтобы там возникали большие небесные тела. Ничего планетарных размеров, но Ричард Готт считает, что там все таки могут скрываться астероиды угрожающих размеров «Если бы нам удалось обнаружить что-то достаточно большое, это было бы как заведенная бомба», потому что гравитационное влияние других планет, особенно Венеры, может «оттянуть» такой астероид как раз на достаточное расстояние, чтобы вывести его из точки Лагранжа. И направить его на Землю.

    «Если мы увидим там достаточно большой астероид, мы просто взорвем его и заберем себе обломки», — говорит Готт.
    Поделиться публикацией
    AdBlock похитил этот баннер, но баннеры не зубы — отрастут

    Подробнее
    Реклама

    Комментарии 38

      –7
      Не совсем понятно какое отношение статья имеет к хабру…
        +9
        Все очень просто — статья нужна, чтобы неопытные айтишники при полете на НЛО не попадали в так называемые космические ловешки, ну или хотя бы знали где они.
          +19
          зато интересней 9000+ постов «гмыло упало!!!!»
          • НЛО прилетело и опубликовало эту надпись здесь
              +1
              Тоже этого не понимаю, но любовь ко всему, что находится за пределами земной атмосферы заставляет топик плюсануть… Уххх, автор и шайтан!.. )
              • НЛО прилетело и опубликовало эту надпись здесь
              • НЛО прилетело и опубликовало эту надпись здесь
                • НЛО прилетело и опубликовало эту надпись здесь
                    +1
                    Думается мне, в большинстве случаев объекты в точках Лагранжа формируются путём взаимного слипания с притянутыми своим гравитационным полем телами. Но тогда они должны быть почти правильными сферическими объяектами, что не соответствует действительности… Возможно, НЛО?.. Хм… я теперь не усну, пока не узнаю ответ )
                      –2
                      Вы хотя бы прочитали статью? Там же четко написано что «гравитационное поле Земли должно нейтрализовать гравитационное притяжение Солнца в пяти областях пространства»
                        0
                        Дополню: проходящий через эту точку объект попадает как будто в паутину, и если у него не хватает скорости прорвать ее, то он там и остается.
                        • НЛО прилетело и опубликовало эту надпись здесь
                          • НЛО прилетело и опубликовало эту надпись здесь
                            • НЛО прилетело и опубликовало эту надпись здесь
                              • НЛО прилетело и опубликовало эту надпись здесь
                                • НЛО прилетело и опубликовало эту надпись здесь
                                0
                                Скорее наоборот, в направлении от точки. Если мы вышли из положения равновесия, значит один из векоторов стал действовать сильнее, а другой слабее. По-моему их сумма не будет направления в 0 (точку равновесия), хотя бы потому что в данном случае функция сложения векторов непрерывна и монотонна, относительно каждой из координат (если брать систему отсчета с осями по векторам сил).
                            • НЛО прилетело и опубликовало эту надпись здесь
                            0
                            так а на подлете туда на тело действует какой-то вектор гравитационного поля, что если прямо к точке он уничтожит скорость как раз до нуля?
                            • НЛО прилетело и опубликовало эту надпись здесь
                                0
                                Если тело сдвинется с точки Лагранжа например в сторону Земли, то сила притяжения Земли наоборот увеличится и вместо того, что бы «втягиваться» обратно в точку, он начнёт «падать» на Землю.

                                А вообще, как-то стрёмно всё это
                                Я конечто понимаю, что сила притяжения убывает обратно пропорционально квадрату расстояния, но всё-же в ноль она не выходит. А раз мы имеем реальный космос, то остальные планеты, звёзды, галактики, скопления всё-же вносят свою лепту (хоть и ничтожную)

                                Что-то не верится, что бы Лагранжа и прям такое вывел
                                • НЛО прилетело и опубликовало эту надпись здесь
                                    +2
                                    Тела, помещённые в коллинеарных точках Лагранжа, находятся в неустойчивом равновесии. Например, если объект в точке L1 слегка смещается вдоль прямой, соединяющей два массивных тела, сила, притягивающая его к тому телу, к которому оно приближается…
                                    wikipedia

                                    Почитав статью понял, что в целом был неправ, тема действительно глубже, чем я считал сначала.
                                    • НЛО прилетело и опубликовало эту надпись здесь
                                +1
                                Для L4 & L5 вектор грав. поля не равен нулю.
                                Определение точек Лагранжа дано неверно — это точки, в которых тело неподвижно относительно выбранной системы двух др. тел, одно из которых много тяжелее другого — необязательно, при том, вектор грав. поля равен нулю. В этих точках грав. силы уравновешиваются центробежной.
                                +3
                                почему «какие-либо» силы? неподвижным в точке Л остается только тело, на которое «не действуют никакие силы, кроме гравитационных — со стороны Земли и Солнца».

                                ПС — у азимова был рассказ о том, как один физик (ф1) смастерил аппарат, создающий локальную область с нулевой гравитацией, а второй физик (ф2) ему страшно завидовал. И во время презентации аппарата на бильярдной доске ф2 зафигачил в данное поле бильярдных шар, и в результате сложных махинаций замочил ф1. Азимов, конечно, любит поизощряться, но по образованию все-таки физик ;-), в отличие от меня))))))
                                  0
                                  Порою мозг физика-лирика (Азимов, Кларк, Лем) выдаёт такие идеи, что диву даёшься )
                                  На этом фоне вспомнился отрывок из рецензии Гоблина на «Обитаемый остров»:
                                  В детстве на меня неизгладимое впечатление произвела книга «Затерянный мир». Был там такой эпизод: герои переходят со скалы на плато по стволу дерева, а коварный предатель сталкивает бревно в пропасть, отрезая героям обратную дорогу. Потрясённый книгой Конан Дойла, я тут же принялся писать свою книгу. У меня герои тоже переходили по бревну со скалы на плато, но дальше всё было значительно тоньше, чем у Конан Дойла. У меня бревно не спихивал предатель, у меня бревно перешибал метеорит! Есть мнение, ничуть не менее сильный сюжетный ход, чем столкновение звездолёта с астероидом.

                                  Уж не сочтите за оффтоп )
                                    0
                                    Азимов по образованию все-таки химик ;-)
                                    –1
                                    Какая, к черту, «гравитационная ловушка»? В точке Лагранжа тело пребывает в состоянии неустойчивого равновесия в поле сил тяжести. Даже самое малое возмущение извне будет понемногу выносить тело из точки Лагранжа. Если нужно находится внутри точки Лагранжа, то как раз придется работать двигателями, чтобы компенсировать возмущения и оставаться в заданном положении относительно соответсвующих небесных тел.
                                      0
                                      Это напоминает мне тезис, о ветре на Земле. Что в любой момент на планете должна быть хотя бы одна точка, где ветра нет. Но, конечно, эта точка будет блуждающая, как и точки Лагранжа. Очень много данных надо учесть, чтобы гипотетически найти эти точки. Ведь даже самый маленький обьект вызывает возмущения пространства. И эти точки могут двигаться не плавно, а дискретно, если учитывать, что из энергии, не имеющей гравитационных показателей, может возникать масса. Задача занятная, но в большинстве своем — безсмысленная. Она относится к периоду механических вычислений и сводится к задаче, что сколько бы не было векторов, все равно найдется точка, где эти векторы будут при сумме давать 0. Но как можно рассматривать векторы, как линейные, если в данном случае — это игра векторных полей.
                                        0
                                        Почему же безсмысленная задача? Как видите, позволяет найти точки, где космический аппарат можно «подвесить» в состоянии покоя относительно рассматриваемых тел. Задача кстати не простая была, решить систему дифф.уравнений для механической системы из трех тел. Например очень полезным будет использования точек Лагранжа в системе Земля-Луна-КА для размещения станции связи между Землей и будущими лунными базами.
                                          0
                                          Я о том, что гравитационное поле земли неоднородное и изменющееся. 3д карты векторного гравитационного поля составлять не будут. Намного эффективнее будет использовать пространственные системмы позиционирования, которые будут создавать в нужный момент силы противодействия. А задача может быть решена с использованием вероятностных данных, основанных на статистических показателях. А у Лагранжа — идет более примитивная интерполяция функций. Вспомните курс математики. Самый неточный полином выходит у Лавгранжа. Более естественный в данном случае — фрактальный метод, так как он дает нужную точность и примерно сообщает погрешность вычислений. Насчет безсмысленной задачи, мне кажется, я погорячился. Задача нужная. Но я противник такого метода решения. Вы как думаете?
                                            0
                                            А что мне сказать? К тому времени Галлей, Ньютон и Гук уже пришли к выводу, что орбиты не круговые, а эллиптические, но стоит начинать решение задач с более простой модели, потом постепенно приближая ее к реальным условиям.
                                      • НЛО прилетело и опубликовало эту надпись здесь
                                          0
                                          Спасибо, ошибся я :)
                                        0
                                        Отличная статья, большое спасибо! Очень люблю астрономические темы.
                                          0
                                          Получается обьекты в точке Лагранжа фактически натянуты между двумя полями тяготения Солнца и планеты,
                                          фактически как между двумя растяжными эспандерами =)

                                          p.s. Единственное что тогда точка Лагранжа смещается в зависимости от массы обьекта, хотя не факт.
                                            –1
                                            ИМХО, сведения о том, где вообще эти точки находятся (земля, солнечная система, галактика, соседние галактики) стоит всёже поместить в начало статьи, а не в середине.

                                            Ну и да, «отсутствующая гравитация» слегка смущает, особенно если не лазить по дополнительным ссылкам.

                                            А ещё вот есть такой блог: habrahabr.ru/blogs/popular_science/

                                            Только полноправные пользователи могут оставлять комментарии. Войдите, пожалуйста.

                                            Самое читаемое