โครงข่ายการขนส่งระหว่างดาวเคราะห์--แผนการพัฒนาและปฏิบัติการ ยานอวกาศที่จุดลากรองจ์ของระบบโลก-ดวงจันทร์ จุดอิสระ L2

จุดลากรองจ์เป็นพื้นที่ในระบบของวัตถุจักรวาล 2 วัตถุที่มีมวลมาก โดยวัตถุชิ้นที่ 3 ที่มีมวลน้อยไม่สามารถเคลื่อนที่ได้เป็นระยะเวลานานเมื่อเทียบกับวัตถุเหล่านี้

ในวิทยาศาสตร์ดาราศาสตร์ จุดลากรองจ์เรียกอีกอย่างว่าจุด libration (libration จากภาษาละติน librātiō - การแกว่ง) หรือจุด L ค้นพบครั้งแรกในปี พ.ศ. 2315 โดยนักคณิตศาสตร์ชาวฝรั่งเศสชื่อดัง โจเซฟ หลุยส์ ลากรองจ์

จุดลากรองจ์มักถูกกล่าวถึงในการแก้ปัญหาร่างกายสามส่วนที่ถูกจำกัด ในปัญหานี้ วัตถุทั้งสามมีวงโคจรเป็นวงกลม แต่มวลของวัตถุหนึ่งในนั้นน้อยกว่ามวลของวัตถุอีกสองชิ้น วัตถุขนาดใหญ่สองวัตถุในระบบนี้หมุนรอบจุดศูนย์กลางมวลร่วมกัน โดยมีความเร็วเชิงมุมคงที่ ในพื้นที่รอบๆ วัตถุเหล่านี้ มีจุดห้าจุดซึ่งวัตถุที่มีมวลน้อยกว่ามวลของวัตถุขนาดใหญ่ชิ้นใดชิ้นหนึ่งจากทั้งสองชิ้นจะสามารถนิ่งเฉยได้ สิ่งนี้เกิดขึ้นเนื่องจากแรงโน้มถ่วงที่กระทำต่อวัตถุนี้ได้รับการชดเชยด้วยแรงเหวี่ยง ห้าจุดเหล่านี้เรียกว่าจุดลากรองจ์

จุดลากรองจ์อยู่ในระนาบของวงโคจรของวัตถุขนาดใหญ่ ในดาราศาสตร์สมัยใหม่ จะใช้อักษรละติน "L" แทน นอกจากนี้ขึ้นอยู่กับตำแหน่งของจุดแต่ละจุดในห้าจุดมีหมายเลขซีเรียลของตัวเองซึ่งระบุด้วยดัชนีตัวเลขตั้งแต่ 1 ถึง 5 จุดลากรองจ์สามจุดแรกเรียกว่าคอลลิเนียร์ส่วนอีกสองจุดที่เหลือเรียกว่าโทรจันหรือสามเหลี่ยม

ตำแหน่งของจุดลากรองจ์ที่ใกล้ที่สุดและตัวอย่างจุด

ไม่ว่าวัตถุท้องฟ้าขนาดใหญ่จะเป็นชนิดใดก็ตาม จุดลากรองจ์จะมีตำแหน่งเดียวกันในช่องว่างระหว่างจุดเหล่านั้นเสมอ จุดลากรองจ์จุดแรกอยู่ระหว่างวัตถุขนาดใหญ่สองชิ้น ใกล้กับวัตถุที่มีมวลน้อยกว่า จุดลากรองจ์จุดที่สองตั้งอยู่ด้านหลังวัตถุที่มีมวลน้อยกว่า จุดลากรองจ์จุดที่สามตั้งอยู่ด้านหลังลำตัวซึ่งมีมวลมากกว่ามาก ตำแหน่งที่แน่นอนของจุดทั้งสามนี้คำนวณโดยใช้สูตรทางคณิตศาสตร์พิเศษแยกกันสำหรับแต่ละระบบเลขฐานสองของจักรวาล โดยคำนึงถึงลักษณะทางกายภาพของระบบ

หากเราพูดถึงจุดลากรองจ์ที่อยู่ใกล้เราที่สุด จุดลากรองจ์จุดแรกในระบบดวงอาทิตย์-โลกจะอยู่ที่ระยะทางหนึ่งล้านห้าล้านกิโลเมตรจากโลกของเรา ณ จุดนี้ แรงโน้มถ่วงของดวงอาทิตย์จะแรงกว่าในวงโคจรของโลกของเราถึง 2 เปอร์เซ็นต์ ในขณะที่แรงสู่ศูนย์กลางที่ลดลงจะลดลงครึ่งหนึ่ง ผลกระทบทั้งสองนี้ ณ จุดที่กำหนดจะมีความสมดุลโดยแรงดึงดูดของโลก

จุดลากรองจ์จุดแรกในระบบโลก-ดวงอาทิตย์เป็นจุดสังเกตการณ์ที่สะดวกสำหรับดาวฤกษ์หลักของเรา ระบบดาวเคราะห์- ดวงอาทิตย์ นี่คือจุดที่นักดาราศาสตร์กำลังพยายามวางหอสังเกตการณ์อวกาศเพื่อสำรวจดาวดวงนี้ ตัวอย่างเช่น ในปี 1978 ยานอวกาศ ISEE-3 ซึ่งออกแบบมาเพื่อสังเกตดวงอาทิตย์ ก็ตั้งอยู่ใกล้จุดนี้ ในปีต่อๆ มา ยานอวกาศ DSCOVR, WIND และ ACE ได้ถูกปล่อยเข้าสู่บริเวณจุดนี้

คะแนนลากรองจ์ที่สองและสาม

Gaia กล้องโทรทรรศน์ที่ตั้งอยู่ที่จุดลากรองจ์ที่สอง

จุดลากรองจ์จุดที่สองอยู่ในระบบไบนารีของวัตถุขนาดใหญ่ด้านหลังวัตถุที่มีมวลน้อยกว่า การใช้ประเด็นนี้ในวิทยาศาสตร์ดาราศาสตร์สมัยใหม่หมายถึงการวางหอดูดาวและกล้องโทรทรรศน์อวกาศไว้ในพื้นที่ของตน ขณะนี้ยานอวกาศเช่น Herschel, Planck, WMAP และอยู่ที่จุดนี้ ในปี 2018 ยานอวกาศอีกลำหนึ่งชื่อ เจมส์ เวบบ์ มีกำหนดจะเดินทางไปที่นั่น

จุดลากรองจ์จุดที่สามตั้งอยู่ในระบบดาวคู่ซึ่งอยู่ห่างจากวัตถุที่มีมวลมากกว่ามากพอสมควร หากเราพูดถึงระบบดวงอาทิตย์ - โลก จุดนั้นจะตั้งอยู่ด้านหลังดวงอาทิตย์ในระยะทางที่ไกลกว่าจุดที่มีวงโคจรของดาวเคราะห์ของเราอยู่เล็กน้อย นี่เป็นเพราะความจริงที่ว่าถึงแม้จะมีขนาดที่เล็ก แต่โลกยังคงมีอิทธิพลโน้มถ่วงเล็กน้อยต่อดวงอาทิตย์ ดาวเทียมที่อยู่ในพื้นที่นี้สามารถส่งไปยังโลกได้ ข้อมูลที่ถูกต้องเกี่ยวกับดวงอาทิตย์ การปรากฏของ “จุด” ใหม่บนดาวฤกษ์ และยังส่งข้อมูลสภาพอากาศในอวกาศด้วย

คะแนนลากรองจ์ที่สี่และห้า

จุดลากรองจ์ที่สี่และห้าเรียกว่าสามเหลี่ยม หากในระบบที่ประกอบด้วยวัตถุอวกาศขนาดใหญ่สองวัตถุหมุนรอบจุดศูนย์กลางมวลร่วมโดยใช้เส้นที่เชื่อมต่อวัตถุเหล่านี้ เราวาดรูปสามเหลี่ยมด้านเท่าสองรูปในจิตใจ ซึ่งจุดยอดจะสอดคล้องกับตำแหน่งของวัตถุขนาดใหญ่ทั้งสองนั้น จุดลากรองจ์ที่สี่และห้าจะอยู่ที่จุดยอดที่สามของรูปสามเหลี่ยมเหล่านี้ นั่นคือพวกเขาจะอยู่ในระนาบวงโคจรของวัตถุขนาดใหญ่ที่สองซึ่งอยู่ด้านหลังและด้านหน้า 60 องศา

จุดลากรองจ์สามเหลี่ยมเรียกอีกอย่างว่า "จุดโทรจัน" ชื่อที่สองของจุดนั้นมาจากดาวเคราะห์น้อยโทรจันของดาวพฤหัส ซึ่งเป็นการแสดงภาพที่สว่างที่สุดของจุดลากรองจ์ที่สี่และห้าในระบบของเรา ระบบสุริยะ.

ในขณะนี้ จุดลากรองจ์ที่สี่และห้าในระบบไบนารี่ของดวงอาทิตย์-โลกไม่ได้ถูกนำมาใช้ในทางใดทางหนึ่ง ในปี พ.ศ. 2553 ณ จุดลากรองจ์ที่สี่ของระบบนี้ นักวิทยาศาสตร์ได้ค้นพบดาวเคราะห์น้อยที่มีขนาดค่อนข้างใหญ่ ในขั้นตอนนี้ ไม่มีการสังเกตวัตถุอวกาศขนาดใหญ่ที่จุดลากรองจ์ที่ห้า แต่ข้อมูลล่าสุดบอกเราว่ามีฝุ่นระหว่างดาวเคราะห์สะสมจำนวนมากที่นั่น

1. ในปี พ.ศ. 2552 ยานอวกาศ STEREO สองลำบินผ่านจุดลากรองจ์ที่สี่และห้า
2. จุดลากรองจ์มักใช้ในงานนิยายวิทยาศาสตร์ บ่อยครั้งในพื้นที่อวกาศเหล่านี้ รอบๆ ระบบไบนารี นักเขียนนิยายวิทยาศาสตร์จะสวมเรื่องราวของตนเอง สถานีอวกาศ, กองขยะ , ดาวเคราะห์น้อย และแม้แต่ดาวเคราะห์ดวงอื่นๆ
3. ในปี พ.ศ. 2561 นักวิทยาศาสตร์วางแผนที่จะวางกล้องโทรทรรศน์อวกาศเจมส์ เวบบ์ ไว้ที่จุดลากรองจ์ที่สองในระบบดาวคู่ระหว่างดวงอาทิตย์และโลก กล้องโทรทรรศน์นี้ควรมาแทนที่กล้องโทรทรรศน์อวกาศ "" ที่มีอยู่ซึ่งอยู่ที่จุดนี้ ในปี พ.ศ. 2567 นักวิทยาศาสตร์วางแผนที่จะติดตั้งกล้องโทรทรรศน์เพลโตอีกตัว ณ จุดนี้
4. จุดลากรองจ์จุดแรกในระบบ Moon-Earth อาจเป็นสถานที่ที่ยอดเยี่ยมในการส่งยานอวกาศที่มีคนขับไปประจำการ สถานีโคจรซึ่งสามารถลดต้นทุนทรัพยากรที่จำเป็นในการเดินทางจากโลกสู่ดวงจันทร์ได้อย่างมาก
5. กล้องโทรทรรศน์อวกาศสองดวง "พลังค์" และ "พลังค์" ซึ่งเปิดตัวสู่อวกาศในปี 2552 ปัจจุบันตั้งอยู่ที่จุดลากรองจ์ที่สองในระบบดวงอาทิตย์-โลก

จากด้านข้างของสองวัตถุแรก มันสามารถอยู่นิ่งๆ เมื่อเทียบกับวัตถุเหล่านี้ได้

แม่นยำยิ่งขึ้นคะแนนลากรองจ์แสดงถึงกรณีพิเศษเมื่อแก้ไขสิ่งที่เรียกว่า จำกัดปัญหาร่างกายสามประการ- เมื่อวงโคจรของวัตถุทั้งหมดเป็นวงกลม และมวลของวัตถุหนึ่งในนั้นน้อยกว่ามวลของวัตถุใดวัตถุหนึ่งจากอีกสองวัตถุมาก ในกรณีนี้ เราสามารถสรุปได้ว่าวัตถุขนาดใหญ่สองวัตถุกำลังหมุนรอบจุดศูนย์กลางมวลร่วมด้วยความเร็วเชิงมุมคงที่ ในอวกาศรอบๆ มีห้าจุดที่วัตถุที่สามซึ่งมีมวลเล็กน้อยสามารถคงอยู่นิ่งๆ ในกรอบอ้างอิงที่หมุนได้ที่เกี่ยวข้องกับวัตถุขนาดใหญ่ ณ จุดเหล่านี้ แรงโน้มถ่วงที่กระทำต่อวัตถุขนาดเล็กจะถูกสมดุลด้วยแรงหนีศูนย์กลาง

คะแนนลากรองจ์ได้รับการตั้งชื่อเพื่อเป็นเกียรติแก่นักคณิตศาสตร์ โจเซฟ หลุยส์ ลากรองจ์ ซึ่งเป็นคนแรกที่เสนอวิธีแก้ปัญหาทางคณิตศาสตร์ในปี พ.ศ. 2315 ซึ่งต่อมาก็มีจุดเอกพจน์เหล่านี้ตามมา

จุดลากรองจ์ทั้งหมดอยู่ในระนาบของวงโคจรของวัตถุขนาดใหญ่และถูกกำหนดด้วยตัวอักษรละตินตัวพิมพ์ใหญ่ L โดยมีดัชนีตัวเลขตั้งแต่ 1 ถึง 5 สามจุดแรกตั้งอยู่บนเส้นที่ตัดผ่านวัตถุขนาดใหญ่ทั้งสอง จุดลากรองจ์เหล่านี้เรียกว่า คอลลิเนียร์และกำหนดให้ L 1, L 2 และ L 3 คะแนน L 4 และ L 5 เรียกว่าสามเหลี่ยมหรือโทรจัน จุด L 1, L 2, L 3 เป็นจุดสมดุลที่ไม่เสถียร ที่จุด L 4 และ L 5 ความสมดุลจะคงที่

L 1 ตั้งอยู่ระหว่างวัตถุทั้งสองของระบบ ใกล้กับวัตถุที่มีมวลน้อยกว่า L 2 - ด้านนอก, ด้านหลังร่างที่มีมวลน้อยกว่า; และ L 3 - สำหรับอันที่ใหญ่กว่า ในระบบพิกัดที่มีจุดกำเนิดอยู่ที่จุดศูนย์กลางมวลของระบบและมีแกนพุ่งจากจุดศูนย์กลางมวลไปยังวัตถุที่มีมวลน้อยกว่า พิกัดของจุดเหล่านี้จนถึงการประมาณครั้งแรกใน α จะถูกคำนวณโดยใช้สูตรต่อไปนี้:

จุด ล 1อยู่บนเส้นตรงที่เชื่อมระหว่างวัตถุสองชิ้นที่มีมวล M 1 และ M 2 (M 1 > M 2) และอยู่ระหว่างวัตถุทั้งสองใกล้กับวัตถุที่สอง การมีอยู่ของมันเกิดจากการที่แรงโน้มถ่วงของร่างกาย M 2 ชดเชยแรงโน้มถ่วงของร่างกาย M 1 บางส่วน . ยิ่งไปกว่านั้น ยิ่ง M2 มีขนาดใหญ่เท่าใด จุดนี้จะยิ่งอยู่ห่างจากมันมากขึ้นเท่านั้น

จุดจันทรคติ ล 1(ในระบบโลก-ดวงจันทร์ ซึ่งอยู่ห่างจากศูนย์กลางโลกประมาณ 315,000 กม.) อาจเป็นสถานที่ในอุดมคติสำหรับการก่อสร้างสถานีวงโคจรอวกาศที่มีคนขับ ซึ่งตั้งอยู่บนเส้นทางระหว่างโลกกับดวงจันทร์ จะช่วยให้ เข้าถึงดวงจันทร์ได้ง่ายโดยสิ้นเปลืองเชื้อเพลิงน้อยที่สุด และกลายเป็นจุดสำคัญในการขนส่งสินค้าระหว่างโลกและดาวเทียม

จุด ล 2อยู่บนเส้นตรงที่เชื่อมระหว่างวัตถุสองชิ้นที่มีมวล M 1 และ M 2 (M 1 > M 2) และตั้งอยู่ด้านหลังลำตัวที่มีมวลน้อยกว่า คะแนน ล 1และ ล 2อยู่บนเส้นเดียวกันและอยู่ในขอบเขต M 1 ≫ M 2 มีความสมมาตรเทียบกับ M 2 ตรงจุด ล 2แรงโน้มถ่วงที่กระทำต่อวัตถุจะชดเชยการกระทำของแรงหนีศูนย์กลางในกรอบอ้างอิงที่กำลังหมุน

จุด ล 2ในระบบดวงอาทิตย์-โลกเป็นสถานที่ที่เหมาะสำหรับการสร้างหอดูดาวและกล้องโทรทรรศน์ในอวกาศ เนื่องจากวัตถุอยู่ ณ จุดหนึ่ง ล 2สามารถรักษาทิศทางของมันให้สัมพันธ์กับดวงอาทิตย์และโลกได้เป็นเวลานาน การป้องกันและการสอบเทียบจะง่ายขึ้นมาก อย่างไรก็ตาม จุดนี้อยู่ห่างจากเงาโลกเล็กน้อย (ในบริเวณเงามัว) [ประมาณ. 1] ดังนั้นรังสีดวงอาทิตย์จึงไม่ถูกปิดกั้นจนหมด ในขณะนี้ (พ.ศ. 2563) ยานอวกาศ Gaia และ Spektr-RG อยู่ในวงโคจรรัศมีรอบจุดนี้ ก่อนหน้านี้กล้องโทรทรรศน์เช่นพลังค์และเฮอร์เชลใช้งานที่นั่น ในอนาคต มีแผนที่จะส่งกล้องโทรทรรศน์อีกหลายแห่งไปที่นั่น รวมถึงเจมส์ เวบบ์ (ในปี 2564)

จุด ล 2ในระบบ Earth-Moon สามารถใช้ในการสื่อสารผ่านดาวเทียมกับวัตถุที่อยู่อีกฟากหนึ่งของดวงจันทร์ได้ และยังเป็นสถานที่ที่สะดวกในการค้นหาปั๊มน้ำมันเพื่อให้แน่ใจว่ามีการขนส่งสินค้าระหว่างโลกและดวงจันทร์

หาก M 2 มีมวลน้อยกว่า M 1 มากแสดงว่าเป็นจุด ล 1และ ล 2อยู่ในระยะห่างประมาณเดียวกัน รจากลำตัว M 2 เท่ากับรัศมีของทรงกลม Hill:

จุด ล 3อยู่บนเส้นตรงที่เชื่อมระหว่างวัตถุสองชิ้นที่มีมวล M 1 และ M 2 (M 1 > M 2) และตั้งอยู่ด้านหลังลำตัวที่มีมวลมากขึ้น เช่นเดียวกับจุด ล 2ณ จุดนี้ แรงโน้มถ่วงจะชดเชยการกระทำของแรงเหวี่ยงหนีศูนย์

ก่อนเริ่มยุคอวกาศความคิดเรื่องการดำรงอยู่ ฝั่งตรงข้ามวงโคจรของโลก ณ จุดนั้น ล 3ดาวเคราะห์อีกดวงหนึ่งที่คล้ายกับมันเรียกว่า "เคาน์เตอร์โลก" ซึ่งเนื่องจากตำแหน่งของมันจึงไม่สามารถเข้าถึงการสังเกตโดยตรงได้ อย่างไรก็ตามในความเป็นจริงเนื่องจากอิทธิพลของแรงโน้มถ่วงของดาวเคราะห์ดวงอื่นจึงเป็นประเด็น ล 3ในระบบดวงอาทิตย์-โลกมีความไม่เสถียรอย่างมาก ดังนั้น ในระหว่างการเชื่อมต่อเฮลิโอเซนตริกของโลกและดาวศุกร์บนฝั่งตรงข้ามของดวงอาทิตย์ ซึ่งเกิดขึ้นทุกๆ 20 เดือน ดาวศุกร์จึงเป็นเพียง 0.3 auจากจุด ล 3และมีอิทธิพลอย่างมากต่อตำแหน่งของมันเมื่อเทียบกับวงโคจรของโลก นอกจากนี้ เนื่องจากความไม่สมดุล [ ชี้แจง] จุดศูนย์ถ่วงของระบบดวงอาทิตย์-ดาวพฤหัสสัมพันธ์กับโลก และวงรีของวงโคจรของโลก ที่เรียกว่า “ทวนโลก” จะยังคงเปิดให้สังเกตการณ์ได้เป็นครั้งคราวและจะสังเกตเห็นได้อย่างแน่นอน ผลอีกอย่างหนึ่งที่จะเปิดเผยการดำรงอยู่ของมันก็คือแรงโน้มถ่วงของมันเอง อิทธิพลของวัตถุที่มีขนาดตั้งแต่ 150 กม. ขึ้นไปบนวงโคจรของดาวเคราะห์ดวงอื่นจะสังเกตเห็นได้ชัดเจน ด้วยการถือกำเนิดของความสามารถในการสังเกตการณ์โดยใช้ยานอวกาศและยานสำรวจ แสดงให้เห็นได้อย่างน่าเชื่อถือว่า ณ จุดนี้ ไม่มีวัตถุใดที่มีขนาดใหญ่กว่า 100 เมตร

ยานอวกาศวงโคจรและดาวเทียมที่ตั้งอยู่ใกล้กับจุดนั้น ล 3สามารถตรวจสอบกิจกรรมในรูปแบบต่างๆ บนพื้นผิวดวงอาทิตย์ได้อย่างต่อเนื่อง โดยเฉพาะการปรากฏของจุดหรือแสงแฟลร์ใหม่ๆ และส่งข้อมูลไปยังโลกได้ทันที (เช่น ซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของระบบเตือนภัยสภาพอากาศในอวกาศของ NOAA) นอกจากนี้ ข้อมูลจากดาวเทียมดังกล่าวยังสามารถใช้เพื่อรับรองความปลอดภัยของเที่ยวบินที่มีคนขับระยะไกล เช่น ไปยังดาวอังคารหรือดาวเคราะห์น้อย ในปี 2010 ได้มีการศึกษาทางเลือกหลายประการในการปล่อยดาวเทียมดังกล่าว

ถ้าเราสร้างสามเหลี่ยมด้านเท่าสองอันโดยใช้เส้นที่เชื่อมระหว่างส่วนต่างๆ ของระบบ โดยที่จุดยอดทั้งสองนั้นสอดคล้องกับจุดศูนย์กลางของส่วน M 1 และ M 2 ล 4และ ล 5จะสอดคล้องกับตำแหน่งของจุดยอดที่สามของสามเหลี่ยมเหล่านี้ซึ่งอยู่ในระนาบการโคจรของวัตถุที่สอง 60 องศาทั้งด้านหน้าและด้านหลัง

การมีอยู่ของจุดเหล่านี้และความเสถียรสูงนั้นเกิดจากการที่เนื่องจากระยะห่างระหว่างวัตถุทั้งสองที่จุดเหล่านี้เท่ากัน แรงดึงดูดจากวัตถุขนาดใหญ่ทั้งสองจึงมีความสัมพันธ์กันในสัดส่วนเดียวกันกับมวลของพวกมัน และด้วยเหตุนี้ แรงที่เกิดขึ้นจะมุ่งตรงไปยังจุดศูนย์กลางมวลของระบบ นอกจากนี้ เรขาคณิตของรูปสามเหลี่ยมของแรงยืนยันว่าความเร่งที่เกิดขึ้นนั้นสัมพันธ์กับระยะห่างถึงจุดศูนย์กลางมวลในสัดส่วนเดียวกันกับวัตถุขนาดใหญ่สองวัตถุ เนื่องจากจุดศูนย์กลางมวลเป็นจุดศูนย์กลางการหมุนของระบบด้วย แรงที่เกิดขึ้นจึงสอดคล้องกับแรงที่จำเป็นในการรักษาวัตถุไว้ที่จุดลากรองจ์ให้อยู่ในสมดุลของวงโคจรกับส่วนที่เหลือของระบบ (อันที่จริงมวลของร่างกายที่สามไม่ควรมองข้าม) โครงสร้างรูปสามเหลี่ยมนี้ถูกค้นพบโดยลากรองจ์ขณะกำลังแก้ไขปัญหาสามศพ คะแนน ล 4และ ล 5เรียกว่า สามเหลี่ยม(ตรงข้ามกับ collinear)

เรียกอีกอย่างว่าจุด โทรจัน: ชื่อนี้มาจากดาวเคราะห์น้อยโทรจันของดาวพฤหัส ซึ่งเป็นตัวอย่างที่โดดเด่นที่สุดของการปรากฏของจุดเหล่านี้ พวกเขาได้รับการตั้งชื่อตามวีรบุรุษในสงครามทรอยจากอีเลียดของโฮเมอร์ โดยมีดาวเคราะห์น้อยอยู่ที่จุดนั้น ล 4ได้รับชื่อของชาวกรีกและตรงประเด็น ล 5- ผู้พิทักษ์แห่งทรอย; นั่นคือเหตุผลที่ตอนนี้พวกเขาถูกเรียกว่า "กรีก" (หรือ "Achaeans") และ "โทรจัน"

ระยะทางจากจุดศูนย์กลางมวลของระบบถึงจุดเหล่านี้ในระบบพิกัดที่มีจุดศูนย์กลางพิกัดอยู่ที่จุดศูนย์กลางมวลของระบบ คำนวณโดยใช้สูตรต่อไปนี้

วัตถุที่วางอยู่ที่จุดลากรองจ์ที่แนวเส้นตรงนั้นอยู่ในสภาวะสมดุลที่ไม่เสถียร ตัวอย่างเช่น หากวัตถุที่จุด L 1 เคลื่อนที่เล็กน้อยเป็นเส้นตรงที่เชื่อมวัตถุขนาดใหญ่สองชิ้น แรงที่ดึงดูดวัตถุนั้นเข้าสู่วัตถุที่วัตถุนั้นกำลังเข้าใกล้จะเพิ่มขึ้น และในทางกลับกัน แรงดึงดูดจากอีกวัตถุหนึ่งจะลดลง ผลก็คือ วัตถุจะเคลื่อนที่ออกห่างจากตำแหน่งสมดุลของมันมากขึ้นเรื่อยๆ

ลักษณะพฤติกรรมของวัตถุในบริเวณใกล้จุด L 1 นี้มีบทบาทสำคัญในระบบดาวคู่แบบปิด กลีบโรชของส่วนประกอบต่างๆ ของระบบดังกล่าวสัมผัสกันที่จุด L1 ดังนั้น เมื่อดาวข้างเคียงดวงหนึ่งเต็มกลีบโรชในระหว่างกระบวนการวิวัฒนาการ สสารจะไหลจากดาวดวงหนึ่งไปยังอีกดวงหนึ่งอย่างแม่นยำผ่านบริเวณจุดลากรองจ์ L1

อย่างไรก็ตาม ยังมีวงโคจรปิดที่เสถียร (ในระบบพิกัดที่หมุนได้) รอบจุดสอบเทียบคอลลิเนียร์ อย่างน้อยก็ในกรณีนี้ ภารกิจของทั้งสามโทร. หากการเคลื่อนที่ได้รับอิทธิพลจากวัตถุอื่นๆ (เช่นเดียวกับที่เกิดขึ้นในระบบสุริยะ) แทนที่จะเป็นวงโคจรแบบปิด วัตถุจะเคลื่อนที่ในวงโคจรกึ่งคาบที่มีรูปร่างเหมือนตัวเลขลิสซาจูส แม้ว่าวงโคจรดังกล่าวจะไม่เสถียรก็ตาม

ในระบบการหมุนของวัตถุจักรวาลสองวัตถุที่มีมวลจำนวนหนึ่ง มีจุดหนึ่งในอวกาศซึ่งคุณสามารถตรึงวัตถุนั้นให้อยู่ในตำแหน่งคงที่โดยสัมพันธ์กับวัตถุที่หมุนทั้งสองนี้ได้โดยการวางวัตถุที่มีมวลน้อยใดๆ จุดเหล่านี้เรียกว่าจุดลากรองจ์ บทความนี้จะกล่าวถึงวิธีที่มนุษย์ใช้พวกมัน

คะแนนลากรองจ์คืออะไร?

เพื่อทำความเข้าใจปัญหานี้ เราควรหันไปหาวิธีแก้ปัญหาของวัตถุที่หมุนได้ 3 อัน ซึ่ง 2 ชิ้นในจำนวนนี้มีมวลมากจนมวลของวัตถุที่สามนั้นน้อยมากเมื่อเปรียบเทียบกับพวกมัน ในกรณีนี้ มีความเป็นไปได้ที่จะค้นหาตำแหน่งในอวกาศที่สนามโน้มถ่วงของวัตถุขนาดใหญ่ทั้งสองจะชดเชยแรงสู่ศูนย์กลางของระบบที่กำลังหมุนทั้งหมด ตำแหน่งเหล่านี้จะเป็นแต้มลากรองจ์ เมื่อวางวัตถุที่มีมวลต่ำไว้ในนั้น คุณจะสังเกตได้ว่าระยะห่างของมันไปยังวัตถุขนาดใหญ่ทั้งสองนั้นไม่เปลี่ยนแปลงในช่วงเวลาใดเวลาหนึ่ง ที่นี่เราสามารถวาดความคล้ายคลึงกับวงโคจรค้างฟ้าได้ ซึ่งดาวเทียมจะอยู่เหนือจุดหนึ่งบนพื้นผิวโลกเสมอ

มีความจำเป็นต้องชี้แจงว่าวัตถุซึ่งอยู่ที่จุดลากรองจ์ (เรียกอีกอย่างว่าจุดอิสระหรือจุด L) สัมพันธ์กับผู้สังเกตการณ์ภายนอกเคลื่อนที่ไปรอบ ๆ วัตถุทั้งสองด้วยมวลขนาดใหญ่ แต่การเคลื่อนไหวนี้ร่วมกับ การเคลื่อนไหวของร่างกายทั้งสองที่เหลืออยู่ของระบบ มีลักษณะดังต่อไปนี้ ซึ่งสัมพันธ์กับร่างกายทั้งสามที่เหลืออยู่

มีกี่จุดและอยู่ที่ไหน?

สำหรับระบบที่หมุนวัตถุสองตัวโดยมีมวลใดๆ ก็ตาม จะมีจุด L เพียงห้าจุด ซึ่งโดยปกติจะเรียกว่า L1, L2, L3, L4 และ L5 จุดทั้งหมดเหล่านี้อยู่ในระนาบการหมุนของวัตถุที่ต้องการ จุดสามจุดแรกอยู่บนเส้นเชื่อมต่อจุดศูนย์กลางมวลของวัตถุทั้งสองโดยให้ L1 อยู่ระหว่างวัตถุทั้งสอง และ L2 และ L3 อยู่ด้านหลังวัตถุแต่ละชิ้น จุด L4 และ L5 ตั้งอยู่เพื่อที่ว่าถ้าคุณเชื่อมต่อแต่ละจุดเข้ากับจุดศูนย์กลางมวลของวัตถุทั้งสองของระบบ คุณจะได้รูปสามเหลี่ยมที่เหมือนกันสองรูปในอวกาศ รูปด้านล่างแสดงจุดลากรองจ์ของโลก-ดวงอาทิตย์ทั้งหมด

ลูกศรสีน้ำเงินและสีแดงในรูปแสดงทิศทางการกระทำของแรงที่เกิดขึ้นเมื่อเข้าใกล้จุดอิสระที่สอดคล้องกัน จากรูปจะเห็นได้ว่าพื้นที่ของจุด L4 และ L5 มีขนาดใหญ่กว่าพื้นที่ของจุด L1, L2 และ L3 มาก

ภูมิหลังทางประวัติศาสตร์

การมีอยู่ของจุดอิสระในระบบของวัตถุที่หมุนได้สามตัวได้รับการพิสูจน์ครั้งแรกโดยนักคณิตศาสตร์ชาวอิตาลี-ฝรั่งเศสในปี พ.ศ. 2315 เมื่อต้องการทำเช่นนี้ นักวิทยาศาสตร์ต้องแนะนำสมมติฐานบางประการและพัฒนากลไกของตนเอง ซึ่งแตกต่างจากกลศาสตร์ของนิวตัน

ลากรองจ์คำนวณจุด L ซึ่งตั้งชื่อตามเขา เพื่อหาวงโคจรการหมุนเป็นวงกลมในอุดมคติ ในความเป็นจริง วงโคจรเป็นรูปวงรี ข้อเท็จจริงสุดท้ายนำไปสู่ความจริงที่ว่าจุดลากรองจ์ไม่มีอยู่แล้ว แต่มีบริเวณที่วัตถุชิ้นที่สามซึ่งมีมวลขนาดเล็กทำการเคลื่อนที่เป็นวงกลมคล้ายกับการเคลื่อนที่ของวัตถุขนาดใหญ่ทั้งสองแต่ละชิ้น

จุดอิสระ L1

การดำรงอยู่ของจุดลากรองจ์ L1 นั้นพิสูจน์ได้ง่ายโดยใช้เหตุผลต่อไปนี้ ยกตัวอย่างดวงอาทิตย์และโลกตามกฎข้อที่สามของเคปเลอร์ ยิ่งวัตถุอยู่ใกล้ดาวฤกษ์มากเท่าใด ระยะเวลาการหมุนรอบดาวฤกษ์ก็จะสั้นลงเท่านั้น ( คาบการหมุนของวัตถุกำลังสองเป็นสัดส่วนโดยตรงกับกำลังสามของระยะทางเฉลี่ยจากวัตถุถึงดาวฤกษ์) ซึ่งหมายความว่าวัตถุใดก็ตามที่อยู่ระหว่างโลกกับดวงอาทิตย์จะโคจรรอบดาวฤกษ์ได้เร็วกว่าดาวเคราะห์ของเรา

อย่างไรก็ตาม มันไม่ได้คำนึงถึงอิทธิพลของแรงโน้มถ่วงของวัตถุที่สองซึ่งก็คือโลก หากเราคำนึงถึงข้อเท็จจริงนี้ เราสามารถสรุปได้ว่ายิ่งวัตถุมวลต่ำอันดับที่สามอยู่ใกล้โลกมากขึ้นเท่าใด แรงต้านแรงโน้มถ่วงของโลกต่อดวงอาทิตย์ก็จะยิ่งแข็งแกร่งขึ้นเท่านั้น เป็นผลให้มีจุดที่แรงโน้มถ่วงของโลกจะชะลอความเร็วของการหมุนของวัตถุที่สามรอบดวงอาทิตย์ลงในลักษณะที่คาบการหมุนของดาวเคราะห์และวัตถุจะเท่ากัน นี่จะเป็นจุดอิสระ L1 ระยะทางถึงจุดลากรองจ์ L1 จากโลกเท่ากับ 1/100 ของรัศมีวงโคจรของดาวเคราะห์รอบดาวฤกษ์ และเท่ากับ 1.5 ล้านกิโลเมตร

พื้นที่ L1 ใช้งานอย่างไร? นี่เป็นสถานที่ที่ดีเยี่ยมในการสังเกตรังสีดวงอาทิตย์อย่างที่ไม่เคยมีมาก่อน สุริยุปราคา- ปัจจุบันมีดาวเทียมหลายดวงที่อยู่ในเขต L1 ที่กำลังศึกษาอยู่ ลมสุริยะ- หนึ่งในนั้นคือชาวยุโรป ดาวเทียมประดิษฐ์โซโห.

สำหรับจุด Earth-Moon Lagrange นี้ อยู่ห่างจากดวงจันทร์ประมาณ 60,000 กม. และใช้เป็นจุด "ถ่ายเท" ระหว่างยานอวกาศและภารกิจดาวเทียมไปยังดวงจันทร์และกลับ

จุดอิสระ L2

การให้เหตุผลคล้ายกับกรณีก่อนหน้านี้ เราสามารถสรุปได้ว่าในระบบที่มีการปฏิวัติสองร่าง นอกวงโคจรของวัตถุที่มีมวลน้อยกว่า ควรมีบริเวณที่แรงเหวี่ยงหนีศูนย์ที่ลดลงได้รับการชดเชยด้วยแรงโน้มถ่วงของวัตถุนี้ ซึ่งนำไปสู่การปรับสมดุลของคาบการหมุนของร่างกายที่มีมวลน้อยลงและวัตถุที่ 3 รอบลำตัวที่มีมวลมากขึ้น บริเวณนี้เป็นจุดอิสระ L2

หากเราพิจารณาระบบดวงอาทิตย์-โลก ระยะทางจากโลกถึงจุดลากรองจ์นี้จะเท่ากับจุด L1 ทุกประการนั่นคือ 1.5 ล้านกม. มีเพียง L2 เท่านั้นที่อยู่ด้านหลังโลกและอยู่ห่างจากดวงอาทิตย์ เนื่องจากไม่มีอิทธิพลในพื้นที่ L2 รังสีแสงอาทิตย์ต้องขอบคุณการปกป้องโลก มันจึงใช้ในการสังเกตจักรวาล โดยวางดาวเทียมและกล้องโทรทรรศน์ต่างๆ ไว้ที่นี่

ในระบบโลก-ดวงจันทร์ จุด L2 อยู่ด้านหลัง สหายตามธรรมชาติโลกที่ระยะทาง 60,000 กม. Lunar L2 มีดาวเทียมที่ใช้ในการสังเกต ด้านหลังดวงจันทร์

คะแนนฟรี L3, L4 และ L5

จุด L3 ในระบบดวงอาทิตย์-โลกตั้งอยู่ด้านหลังดาวฤกษ์ จึงไม่สามารถมองเห็นได้จากโลก จุดนี้ไม่ได้ใช้ในทางใดทางหนึ่ง เนื่องจากมันไม่เสถียรเนื่องจากอิทธิพลของแรงโน้มถ่วงของดาวเคราะห์ดวงอื่น เช่น ดาวศุกร์

คะแนน L4 และ L5 เป็นบริเวณลากรองจ์ที่เสถียรที่สุด ดังนั้นจึงมีดาวเคราะห์น้อยหรือฝุ่นจักรวาลอยู่ใกล้ดาวเคราะห์เกือบทุกดวง ตัวอย่างเช่น มีเพียงฝุ่นจักรวาลเท่านั้นที่จุดลากรองจ์ของดวงจันทร์ ขณะที่ดาวเคราะห์น้อยโทรจันอยู่ที่ L4 และ L5 ของดาวพฤหัส

การใช้คะแนนฟรีอื่นๆ

นอกจากการติดตั้งดาวเทียมและสำรวจอวกาศแล้ว จุดลากรองจ์ของโลกและดาวเคราะห์อื่นๆ ยังสามารถใช้เดินทางในอวกาศได้อีกด้วย เป็นไปตามทฤษฎีที่เคลื่อนที่ผ่านจุดลากรองจ์ ดาวเคราะห์ที่แตกต่างกันมีพลังที่ดีและต้องการพลังงานเพียงเล็กน้อย

อีกตัวอย่างที่น่าสนใจของการใช้จุด L1 ของโลกคือโครงงานฟิสิกส์ของเด็กนักเรียนชาวยูเครนคนหนึ่ง เขาเสนอให้วางเมฆฝุ่นดาวเคราะห์น้อยไว้ในบริเวณนี้ ซึ่งจะช่วยปกป้องโลกจากลมสุริยะที่ทำลายล้าง ดังนั้นจุดนี้จึงสามารถใช้เพื่อส่งผลต่อสภาพอากาศของดาวเคราะห์สีน้ำเงินทั้งดวงได้

จุดลากรองจ์ตั้งชื่อตามนักคณิตศาสตร์ชื่อดังในศตวรรษที่ 18 ผู้บรรยายแนวคิดเรื่องปัญหาสามตัวในงานของเขาในปี 1772 จุดเหล่านี้เรียกอีกอย่างว่าจุดลากรองจ์และจุดสอบเทียบ

แต่จุดลากรองจ์คืออะไรจากมุมมองทางวิทยาศาสตร์ ไม่ใช่ทางประวัติศาสตร์

จุดลากรองจ์คือจุดในอวกาศที่แรงโน้มถ่วงรวมกันของวัตถุที่มีขนาดค่อนข้างใหญ่สองวัตถุ เช่น โลกและดวงอาทิตย์ หรือโลกและดวงจันทร์ มีค่าเท่ากับแรงเหวี่ยงที่สัมผัสได้จากวัตถุที่สามที่เล็กกว่ามาก อันเป็นผลมาจากปฏิสัมพันธ์ของวัตถุเหล่านี้ จุดสมดุลถูกสร้างขึ้นที่ซึ่งจักรวาล อากาศยานสามารถจอดรถและสังเกตการณ์ได้

เรารู้ห้าประเด็นดังกล่าว ทั้งสามตั้งอยู่ตามแนวเส้นที่เชื่อมต่อวัตถุขนาดใหญ่สองชิ้น หากเราเชื่อมโยงโลกกับดวงอาทิตย์ จุดแรก L1 อยู่ระหว่างจุดทั้งสองพอดี ระยะทางจากโลกถึงมันคือหนึ่งล้านไมล์ จากจุดนี้ จะมองเห็นดวงอาทิตย์ได้อย่างชัดเจนเสมอ ปัจจุบันนี้ "ดวงตา" ของ SOHO จับภาพได้อย่างสมบูรณ์ - หอดูดาวสุริยะและเฮลิโอสเฟียร์ รวมถึงหอดูดาวสภาพอากาศในห้วงอวกาศ

นอกจากนี้ยังมี L2 ซึ่งอยู่ห่างจากโลกหนึ่งล้านไมล์เหมือนน้องสาวของมัน แต่กลับมีทิศทางตรงกันข้ามกับดวงอาทิตย์ ณ จุดหนึ่งโดยมีโลก ดวงอาทิตย์ และดวงจันทร์อยู่ด้านหลัง ยานอวกาศสามารถมองเห็นห้วงอวกาศได้อย่างสมบูรณ์แบบ

ปัจจุบันนักวิทยาศาสตร์กำลังตรวจวัดรังสีคอสมิกพื้นหลังในบริเวณนี้ซึ่งเป็นผลมาจาก บิ๊กแบง- มีการวางแผนที่จะย้ายกล้องโทรทรรศน์อวกาศเจมส์ เวบบ์ไปยังภูมิภาคนี้ในปี 2561

จุดลากรองจ์อีกจุดหนึ่ง - L3 - ตั้งอยู่ในทิศทางตรงกันข้ามกับโลก เธอมักจะอยู่ข้างหลังดวงอาทิตย์และถูกซ่อนไว้ตลอดไป อย่างไรก็ตาม เรื่องราวนิยายวิทยาศาสตร์จำนวนมากเล่าให้โลกฟังเกี่ยวกับดาวเคราะห์ลับดวงหนึ่ง X ซึ่งอยู่ที่จุดนี้พอดี มีแม้กระทั่งภาพยนตร์ฮอลลีวูดเรื่อง Man from Planet X

อย่างไรก็ตาม เป็นที่น่าสังเกตว่าทั้งสามจุดไม่เสถียร พวกเขามีความสมดุลที่ไม่แน่นอน กล่าวอีกนัยหนึ่ง ถ้ายานอวกาศจะลอยไปทางหรือออกจากโลก มันก็จะตกสู่ดวงอาทิตย์หรือบนโลกของเราอย่างหลีกเลี่ยงไม่ได้ คือจะมีลักษณะเป็นเกวียนซึ่งอยู่บนยอดเนินสูงชันมาก ดังนั้นเรือจะต้องทำการปรับเปลี่ยนอย่างต่อเนื่องเพื่อป้องกันโศกนาฏกรรมไม่ให้เกิดขึ้น

เป็นเรื่องดีที่มีจุดคงที่มากกว่า - L4, L5 ความมั่นคงเทียบได้กับลูกบอลในชามใบใหญ่ จุดเหล่านี้อยู่ตามแนววงโคจรของโลก 60 องศาทั้งด้านหลังและหน้าบ้านเรา ด้วยวิธีนี้ จะเกิดรูปสามเหลี่ยมด้านเท่าสองรูปขึ้น โดยมีมวลขนาดใหญ่ยื่นออกมาเป็นจุดยอด เช่น โลกหรือดวงอาทิตย์

เนื่องจากจุดเหล่านี้มีเสถียรภาพ ฝุ่นจักรวาลและดาวเคราะห์น้อยจึงสะสมอยู่ในพื้นที่อย่างต่อเนื่อง ยิ่งไปกว่านั้น ดาวเคราะห์น้อยยังถูกเรียกว่าโทรจัน เนื่องจากมีชื่อเรียกดังต่อไปนี้: อะกาเม็มนอน, อคิลลีส, เฮคเตอร์ ตั้งอยู่ระหว่างดวงอาทิตย์และดาวพฤหัสบดี ดังที่ NASA กล่าวไว้ มีดาวเคราะห์น้อยที่คล้ายกันหลายพันดวง ซึ่งรวมถึง Trojan 2010 TK7 อันโด่งดังด้วย

เชื่อกันว่า L4, L5 นั้นยอดเยี่ยมในการจัดระเบียบอาณานิคมที่นั่น โดยเฉพาะอย่างยิ่งเนื่องจากพวกมันค่อนข้างใกล้โลก

ความน่าดึงดูดใจของคะแนนลากรองจ์

ยานอวกาศที่จุดลากรองจ์ L1 และ 2 อาจมีความไวพอที่จะใช้รังสีอินฟราเรดที่ปล่อยออกมาจากดาวเคราะห์น้อย ห่างไกลจากความร้อนของดวงอาทิตย์ นอกจากนี้ในกรณีนี้ไม่จำเป็นต้องทำให้เคสเย็นลง สัญญาณอินฟราเรดเหล่านี้สามารถใช้เพื่อชี้ทิศทาง โดยหลีกเลี่ยงเส้นทางไปยังดวงอาทิตย์ นอกจากนี้จุดเหล่านี้ยังมีปริมาณงานที่ค่อนข้างสูง ความเร็วในการสื่อสารสูงกว่าเมื่อใช้ Ka-band มาก ท้ายที่สุด หากเรืออยู่ในวงโคจรเฮลิโอเซนทริค (รอบดวงอาทิตย์) ระยะทางที่ห่างจากโลกมากเกินไปก็จะส่งผลเสียต่อความเร็วในการถ่ายโอนข้อมูล

ไม่ว่าคุณจะตั้งเป้าหมายอะไรไว้สำหรับตัวคุณเอง ภารกิจใดก็ตามที่คุณวางแผนไว้ อุปสรรคที่ใหญ่ที่สุดประการหนึ่งระหว่างการเดินทางในอวกาศของคุณก็คือเชื้อเพลิง แน่นอนว่าจำเป็นต้องใช้จำนวนหนึ่งเพื่อที่จะออกจากโลก ยิ่งต้องขนสินค้าออกจากชั้นบรรยากาศมากเท่าไรก็ยิ่งต้องการเชื้อเพลิงมากขึ้นเท่านั้น แต่ด้วยเหตุนี้ จรวดจึงหนักขึ้น และทั้งหมดนี้ก็กลายเป็น วงจรอุบาทว์- นี่คือสิ่งที่ทำให้เราไม่สามารถส่งหลายรายการได้ สถานีระหว่างดาวเคราะห์ไปยังที่อยู่ที่แตกต่างกันบนจรวดลำเดียว - มีพื้นที่ไม่เพียงพอสำหรับเติมเชื้อเพลิง อย่างไรก็ตาม ย้อนกลับไปในช่วงทศวรรษที่ 80 ของศตวรรษที่ผ่านมา นักวิทยาศาสตร์พบช่องโหว่ ซึ่งเป็นวิธีเดินทางรอบระบบสุริยะโดยไม่ต้องใช้เชื้อเพลิงเลย เรียกว่าเครือข่ายการขนส่งระหว่างดาวเคราะห์

วิธีการบินอวกาศในปัจจุบัน

ปัจจุบัน การเคลื่อนที่ระหว่างวัตถุต่างๆ ในระบบสุริยะ เช่น การเดินทางจากโลกไปยังดาวอังคาร มักต้องใช้สิ่งที่เรียกว่าการบินวงรี Hohmann ยานปล่อยจรวดถูกปล่อยแล้วเร่งความเร็วจนอยู่นอกวงโคจรของดาวอังคาร ใกล้กับดาวเคราะห์สีแดง จรวดจะเคลื่อนที่ช้าลงและเริ่มหมุนรอบจุดหมายปลายทาง มันเผาผลาญเชื้อเพลิงมากทั้งในการเร่งความเร็วและการเบรก แต่วงรี Hohmann ยังคงเป็นหนึ่งในวงรีที่มากที่สุด วิธีที่มีประสิทธิภาพเคลื่อนที่ระหว่างวัตถุสองชิ้นในอวกาศ

Hohmann Ellipse - Arc I - บินจากโลกสู่ดาวศุกร์ Arc II - เที่ยวบินจากดาวศุกร์สู่ดาวอังคาร Arc III - กลับจากดาวอังคารสู่โลก

นอกจากนี้ยังใช้การซ้อมรบด้วยแรงโน้มถ่วงซึ่งจะมีประสิทธิภาพมากยิ่งขึ้น เมื่อทำการแสดงยานอวกาศจะเร่งความเร็วโดยใช้แรงโน้มถ่วงของเทห์ฟากฟ้าขนาดใหญ่ การเพิ่มความเร็วมีความสำคัญมากโดยแทบไม่ต้องใช้เชื้อเพลิงเลย เราใช้การซ้อมรบเหล่านี้ทุกครั้งที่ส่งสถานีของเราในการเดินทางไกลจากโลก อย่างไรก็ตาม หากเรือจำเป็นต้องเข้าสู่วงโคจรของดาวเคราะห์หลังจากการเคลื่อนตัวด้วยแรงโน้มถ่วง เรือก็ยังต้องชะลอความเร็วลง แน่นอนว่าคุณจำไว้ว่าสิ่งนี้ต้องใช้เชื้อเพลิง

นี่คือเหตุผลว่าทำไมในช่วงปลายศตวรรษที่ผ่านมา นักวิทยาศาสตร์บางคนจึงตัดสินใจแก้ไขปัญหาจากอีกด้านหนึ่ง พวกเขาปฏิบัติต่อแรงโน้มถ่วงไม่ใช่เหมือนสลิง แต่เป็นภูมิทัศน์ทางภูมิศาสตร์และกำหนดแนวคิดของเครือข่ายการขนส่งระหว่างดาวเคราะห์ กระดานกระโดดทางเข้าและทางออกคือจุดลากรองจ์ - ห้าบริเวณใกล้กับเทห์ฟากฟ้าที่ซึ่งแรงโน้มถ่วงและแรงในการหมุนสมดุลกัน มีอยู่ในระบบใดๆ ที่วัตถุหนึ่งหมุนไปรอบๆ อีกวัตถุหนึ่ง และจะมีหมายเลขตั้งแต่ L1 ถึง L5 โดยไม่มีข้ออ้างในการสร้างสรรค์

หากเราวางยานอวกาศไว้ที่จุดลากรองจ์ มันจะแขวนอยู่ที่นั่นอย่างไม่มีกำหนด เพราะแรงโน้มถ่วงไม่ได้ดึงยานอวกาศไปในทิศทางหนึ่งมากกว่าอีกทิศทางหนึ่ง อย่างไรก็ตาม ไม่ใช่ประเด็นทั้งหมดเหล่านี้ที่ถูกสร้างขึ้นมาอย่างเท่าเทียมกัน บางส่วนมีเสถียรภาพ - หากคุณขยับไปทางด้านข้างเล็กน้อยขณะอยู่ข้างใน แรงโน้มถ่วงจะพาคุณกลับมาที่เดิม - เหมือนลูกบอลที่ด้านล่างของหุบเขาบนภูเขา จุดลากรองจ์อื่นๆ นั้นไม่เสถียร - หากคุณขยับเพียงเล็กน้อยคุณจะเริ่มถูกพัดออกไปจากที่นั่น วัตถุที่นี่เป็นเหมือนลูกบอลบนเนินเขา มันจะคงอยู่ตรงนั้นหากวางไว้อย่างดีหรือถือไว้ตรงนั้น แต่แม้ลมเพียงเล็กน้อยก็เพียงพอที่จะเร่งความเร็วและกลิ้งลงมาได้

เนินเขาและหุบเขาของภูมิทัศน์จักรวาล

ยานอวกาศที่บินรอบระบบสุริยะจะพิจารณา "เนินเขา" และ "หุบเขา" เหล่านี้ทั้งหมดระหว่างการบินและระหว่างขั้นตอนการวางแผนเส้นทาง อย่างไรก็ตาม เครือข่ายการขนส่งระหว่างดาวเคราะห์บังคับให้พวกเขาทำงานเพื่อประโยชน์ของสังคม ดังที่คุณทราบแล้วว่า ทุกวงโคจรที่เสถียรจะมีจุดลากรองจ์ 5 จุด นี่คือระบบ Earth-Moon และระบบ Sun-Earth และระบบของดาวเทียมทั้งหมดของดาวเสาร์กับดาวเสาร์เอง... คุณสามารถดำเนินต่อไปได้ในระบบสุริยะมีหลายสิ่งที่หมุนรอบบางสิ่งบางอย่าง

จุดลากรองจ์มีอยู่ทุกหนทุกแห่ง แม้ว่าจุดเหล่านั้นจะเปลี่ยนตำแหน่งเฉพาะในอวกาศอยู่ตลอดเวลาก็ตาม พวกมันติดตามวงโคจรของวัตถุขนาดเล็กกว่าในระบบการหมุนเสมอ และทำให้เกิดภูมิทัศน์ของเนินเขาและหุบเขาโน้มถ่วงที่เปลี่ยนแปลงตลอดเวลา กล่าวอีกนัยหนึ่งคือการกระจายตัว แรงโน้มถ่วงในระบบสุริยะเปลี่ยนแปลงไปตามกาลเวลา บางครั้งแรงดึงดูดในพิกัดเชิงพื้นที่บางอย่างมุ่งตรงไปยังดวงอาทิตย์ ณ จุดอื่นของเวลา - ไปยังดาวเคราะห์บางดวงและมันก็เกิดขึ้นที่จุดลากรองจ์ผ่านพวกมันและในสถานที่แห่งนี้จะมีความสมดุลเมื่อไม่มีใครดึงใครไปที่ไหน .

คำอุปมาเรื่องเนินเขาและหุบเขาช่วยให้เราเห็นภาพแนวคิดนามธรรมนี้ได้ดีขึ้น ดังนั้นเราจะใช้มันอีกสักสองสามครั้ง บางครั้งในอวกาศก็เกิดขึ้นที่เนินเขาลูกหนึ่งผ่านไปถัดจากเนินเขาอื่นหรือหุบเขาอื่น พวกเขาอาจจะทับซ้อนกัน และในขณะนี้ การเดินทางในอวกาศก็มีประสิทธิภาพเป็นพิเศษ ตัวอย่างเช่น หากเนินโน้มถ่วงของคุณซ้อนทับหุบเขา คุณสามารถ "กลิ้ง" ลงไปได้ หากเนินเขาของคุณทับเนินเขาอีกลูก คุณสามารถกระโดดจากยอดเขาหนึ่งไปอีกยอดเขาหนึ่งได้

จะใช้เครือข่ายการขนส่งระหว่างดาวเคราะห์ได้อย่างไร

เมื่อจุดลากรองจ์ที่มีวงโคจรต่างกันเคลื่อนเข้ามาใกล้กัน แทบไม่ต้องออกแรงเลยที่จะเคลื่อนจากจุดหนึ่งไปยังอีกจุดหนึ่ง ซึ่งหมายความว่าหากคุณไม่รีบร้อนและพร้อมที่จะรอให้พวกมันเข้าใกล้ คุณสามารถกระโดดจากวงโคจรหนึ่งไปอีกวงโคจรได้ เช่น ตามเส้นทางโลก-ดาวอังคาร-ดาวพฤหัสบดี และไกลออกไป โดยแทบไม่สิ้นเปลืองเชื้อเพลิงเลย เข้าใจได้ง่ายว่านี่คือแนวคิดที่เครือข่ายการขนส่งระหว่างดาวเคราะห์ใช้ เครือข่ายจุดลากรองจ์ที่เปลี่ยนแปลงตลอดเวลาเปรียบเสมือนถนนที่คดเคี้ยว ช่วยให้คุณเคลื่อนที่ไปมาระหว่างวงโคจรโดยสิ้นเปลืองเชื้อเพลิงน้อยที่สุด

ในชุมชนวิทยาศาสตร์ การเคลื่อนไหวแบบจุดต่อจุดเหล่านี้เรียกว่าวิถีการเปลี่ยนแปลงที่มีต้นทุนต่ำ และมีการใช้มาแล้วหลายครั้งในทางปฏิบัติ ตัวอย่างที่โด่งดังที่สุดอย่างหนึ่งคือความพยายามที่สิ้นหวังแต่ประสบความสำเร็จในการกอบกู้ชาวญี่ปุ่น สถานีจันทรคติในปีพ.ศ. 2534 เมื่อยานอวกาศมีเชื้อเพลิงน้อยเกินไปที่จะทำภารกิจให้สำเร็จด้วยวิธีดั้งเดิม น่าเสียดายที่เราไม่สามารถใช้เทคนิคนี้ได้เป็นประจำ เนื่องจากการจัดตำแหน่งจุดลากรองจ์ที่ดีสามารถคาดหวังมานานหลายทศวรรษ ศตวรรษ หรือนานกว่านั้นด้วยซ้ำ

แต่หากเวลาไม่รีบร้อน เราสามารถส่งยานสำรวจไปในอวกาศได้อย่างง่ายดาย ซึ่งจะรอการรวมที่จำเป็นอย่างใจเย็น และรวบรวมข้อมูลในช่วงเวลาที่เหลือ หลังจากรอแล้ว เขาจะกระโดดไปยังวงโคจรอื่นและสังเกตการณ์ในขณะที่อยู่ในวงโคจรนั้นแล้ว ยานสำรวจนี้จะสามารถเดินทางทั่วระบบสุริยะได้อย่างไม่จำกัดเวลา บันทึกทุกสิ่งที่เกิดขึ้นในบริเวณใกล้เคียงและเพิ่มพูนความรู้ทางวิทยาศาสตร์เกี่ยวกับอารยธรรมของมนุษย์ เห็นได้ชัดว่าสิ่งนี้จะแตกต่างโดยพื้นฐานจากวิธีที่เราสำรวจอวกาศในขณะนี้ แต่วิธีนี้ดูมีแนวโน้มดี รวมถึงสำหรับภารกิจระยะยาวในอนาคตด้วย