Разгорается новая "космическая гонка" между США и Китаем в освоении космоса, и одним из полей битвы становятся точки Лагранжа — уникальные позиции гравитационного равновесия.
Джеймс Уэбб вышел на орбиту вокруг точки Лагранжа L2
Точки Лагранжа получили своё название в честь математика Жозефа Луи Лагранжа, который первым[1] в 1772 году привёл решение математической задачи. «Цюэцяо» прошёл мимо Луны на высоте 100 км в пятницу, успешно выполнив манёвр торможения, чтобы отправиться к намеченному месту назначения, второй точке Лагранжа. Точки Лагранжа получили своё название в честь математика Жозефа Луи Лагранжа, который первым в 1772 году привёл решение математической задачи. Этот проект не был реализован, и первым отечественным аппаратом, достигшим точки Лагранжа L2, а теперь и совершившим её облёт, стал «Спектр-РГ». французского математика, который первым занялся их изучением в 18 веке. В статье Спектр-РГ облетел точку Лагранжа описали очень интересную ситуацию с поведением спутников в точке Лагранжа L2: они не могут зафиксироваться на определённом месте.
Точки Лагранжа могут стать полем битвы в новой космической гонке
Аппарат, оборудованный различной полезной нагрузкой, будет изучать фотосферу и хромосферу Солнца, а также ее верхний слой - солнечную корону с помощью приборов для обнаружения магнитных полей и электромагнитных частиц, спектрометров и коронографов. Ученые рассчитывают получить новые данные, которые помогут понять причины корональных выбросов массы выбросов вещества из солнечной короны и солнечных вспышек, а также изучить космическую погоду и магнитное поле в районе точки L1.
Точка Лагранжа — уникальная область, где гравитационные силы между Землей и Солнцем достигают равновесия. Хотя абсолютная нейтрализация сил недостижима из-за влияния других небесных тел, таких как Луна, Марс и Венера, точка L1 обеспечивает стабильное положение для целей наблюдения. Индийская миссия по изучению Солнца была запущена 2 сентября прошлого года. Космический аппарат несёт 7 приборов для наблюдения за фотосферой, хромосферой и самыми внешними слоями Солнца короной с помощью детекторов электромагнитных полей, частиц и магнитного поля.
Популярная наука Что такое точка Лагранжа? Космический телескоп Джеймса Уэбба JWST стоимостью 10 миллиардов долларов разработан, чтобы видеть дальше в пространстве и времени, чем когда-либо прежде, где свет был растянут в результате расширения пространства на гораздо более длинные волны.
Точки Лагранжа в системе Солнце — Земля Лагранж, что называется, на кончике пера открыл особенные точки межпланетного пространства, которые назвали его именем. Конечно же великий учёный не представлял, что точки эти станут предметом практической космонавтики и в этом качестве принесут огромную пользу как космической навигации, так и практической астрономии. Что это такое? В 1772 году Лагранж решил важную математическую задачу, которая называется проблемой движения трёх тел под воздействием сил взаимного притяжения. В общем виде эта задача не решена до сих пор, но Лагранж представил красивое решение для случая, когда два тела имеют очень большую массу, а третье — массу очень маленькую. Современный пример напрашивается сам собой: Солнце, Земля и космический корабль. Все три массы взаимодействуют друг с другом и это взаимодействие определяет взаимное движение этих трёх тел. Лагранж определил, что в пространстве имеется несколько точек, в которых гравитационное притяжение двух больших масс окажется равным центростремительной силе движения третьего, небольшого объекта.
Такие своеобразные точки межпланетного равновесия были названы точками Лагранжа. Если объект попадёт в точку Лагранжа, он сможет двигаться под воздействием двух больших масс, не затрачивая на это собственной энергии. Сколько их и где они? Всего точек Лагранжа пять. Если рассмотреть систему Земля-Солнце, то первая точка, которую обозначают L1, будет находиться между Землей и Солнцем, и от Земли её будет отделять около 1. Вторая точка Лагранжа L2 тоже находится от Земли на расстоянии в полтора миллиона километров, но в противоположном направлении от Солнца. Точки Лагранжа в системе Юпитер — Солнце. Скопление астероидов: троянцы и греки Много это или мало, полтора миллиона километров? Для сравнения: расстояние от Земли до Луны — 384. Значит, обе точки Лагранжа, находятся от Земли очень далеко, за лунной орбитой.
Третья точка Лагранжа, L3, находится ещё дальше, приблизительно на противоположной стороне орбиты Земли, за Солнцем. Равновесие, в котором находится тело с малой массой в точках L1, L2 и L3 — неустойчивое и напоминает равновесие тележки на вершине холма. Чтобы оставаться в неустойчивых точках Лагранжа космическому кораблю регулярно придётся ненадолго включать двигатели, корректируя своё положение и ориентацию.
Точки Лагранжа – астроном Владимир Сурдин | Лекции по астрономии и астрофизике | Научпоп | НаукаPRO
Объект, попавший в эту область, останется там, пока наша планета вертится вокруг звезды. Проект запуска телескопа, который должен заменить «Хаббл», стоит 10 миллиардов долларов. Ракета с аппаратом стартовала 25 декабря. Недавно астрономы NASA с помощью телескопа «Хаббл» рассмотрели , что в карликовой галактике Henize 2-10 в 30 миллионах световых лет от Земли чёрная дыра не поглощает, а создаёт материю. Мост из горячего газа идёт от чёрной дыры в центре галактики в область звёздообразования.
Расскажем о них подробнее. Точка L1 расположена на прямой линии между телами, например Солнцем и Землей.
Это идеальное место для наблюдений за звездой: Солнце здесь никогда не перекрывается ни Землей, ни Луной. Изучение активности и вспышек Солнца, предсказание климата — основные направления задачи, которые он поможет решить. Точка вызывает большой интерес и в других областях, например у астрофизиков, которые занимаются изучением двойных звезд: через L1 масса одной звезды перетекает в другую. Точка L2 расположена на той же линии, что и L1, но за Землей?? Благодаря тому, что наша планета заслоняет солнечный свет и Солнце не создает радиопомех, это самая удобная точка для наблюдения за космосом. Здесь уже находится несколько космических аппаратов: российско-немецкая обсерватория «Спектр-РГ», европейский телескоп??
В L2 размещен и запущенный в конце прошлого года телескоп «Джеймс Уэбб», с помощью которого планируют проводить перспективные исследования космоса — изучать в инфракрасной области спектра очень далекие галактики и зарождение звезд, а также искать экзопланеты. Точка L3 расположена на противоположной стороне орбиты и постоянно скрыта от нас Солнцем. Фантасты предполагали, что с обратной стороны от звезды может находиться Антиземля. В 2007 году НАСА запустило сюда два спутника для поиска двойника Земли, однако обнаружить его не удалось. Точки L4 и L5 — самые стабильные точки Лагранжа: любой объект, попавший в них, там и останется. Из-за способности захватывать космические тела эти точки называют «троянскими».
В L5 пока не обнаружено троянских астероидов, но там наблюдается довольно большое скопление межпланетной пыли. По некоторым наблюдениям, в точках L4 и L5 системы Земля — Луна находятся очень разрежённые скопления межпланетной пыли — облака Кордылевского. В системе Солнце — Юпитер в окрестностях точек L4 и L5 находятся так называемые троянские астероиды. По состоянию на 21 октября 2010 известно около четырёх с половиной тысяч астероидов в точках L4 и L5 [16]. Троянские астероиды в точках L4 и L5 есть не только у Юпитера, но и у других планет-гигантов [17]. Другим интересным примером является спутник Сатурна Тефия , в точках L4 и L5 которой находятся два небольших спутника — Телесто и Калипсо. Тефия и Диона в сотни раз массивнее своих «подопечных», и гораздо легче Сатурна, что делает систему стабильной. Один из сценариев модели ударного формирования Луны предполагает, что гипотетическая протопланета планетезималь Тейя , в результате столкновения которой с Землёй образовалась Луна , сформировалась в точке Лагранжа L4 или L5 системы Солнце — Земля [18]. Первоначально считалось, что в системе Kepler-223 две из четырёх планет обращаются вокруг своего солнца по одной орбите на расстоянии 60 градусов [19]. Однако дальнейшие исследования показали, что данная система не содержит коорбитальных планет [20].
Равновесие в точках Лагранжа[ править править код ] Изображение двойной звезды Мира омикрон Кита , сделанное космическим телескопом « Хаббл » в ультрафиолетовом диапазоне.
Фотография сделана спустя два дня после запуска аппарата. На удивительном снимке Луна выглядит как крошечное пятнышко рядом с Землей. Индийская организация космических исследований опубликовала изображение в соцсетях.
Индии удалось скорректировать траекторию Aditya-L1
Точки Лагранжа получили своё название в честь математика Жозефа Луи Лагранжа, который первым в 1772 году привёл решение математической задачи. Это многомодульная станция, которая будет находиться на орбите Луны в точке Лагранжа L2. И освоение второй точки Лагранжа может стать тем прорывом, который выведет управление из кризиса.
Полет космического телескопа Джеймс Уэбб к точке Лагранжа L2 почти завершен
Разработанная учеными из Самары программа позволяет управлять спутниками Луны и их движением вокруг точек Лагранжа — где объекты находятся в гравитационной «невесомости». Поскольку аппарат находится в точке Лагранжа, из внешних моментов на него действует практически только солнечное давление. Россия, США и Япония планируют пилотируемый полет в точку Лагранжа-2 – она находится на обратной, невидимой стороне Луны. Россия, США и Япония планируют пилотируемый полет в точку Лагранжа-2 – она находится на обратной, невидимой стороне Луны. Эту стабильность обеспечивает гравитационный баланс между нашей планетой, Луной и точками Лагранжа L1 и L2.
Что такое точки Лагранжа и почему в них не действует гравитация
| Спутник с животными предложено вывести в точку Лагранжа системы Земля — Луна | ИА Красная Весна | Почти за месяц новейший телескоп «Джеймс Уэбб» добрался до второй точки Лагранжа в системе Солнце-Земля. |
| В России разработали способ управления лунными спутниками | Ожидается, что аппарат выведут на гало-орбиту в район точки Лагранжа (точка L1) системы Солнце – Земля на расстоянии примерно в 1,5 миллиона километров от Земли. |
| Космическая станция Aditya-L1 передала первые снимки Земли | Разработанная учеными из Самары программа позволяет управлять спутниками Луны и их движением вокруг точек Лагранжа — где объекты находятся в гравитационной «невесомости». |
| Индийская солнечная обсерватория Адитья-L1 вышла на орбиту вокруг точки Лагранжа | Точка Лагранжа – уникальная область, где гравитационные силы между Землей и Солнцем достигают равновесия. |
Точки Лагранжа – астроном Владимир Сурдин | Лекции по астрономии и астрофизике | Научпоп | НаукаPRO
16 апреля 2020 года астрофизическая обсерватория «Спектр-РГ» стала первым отечественным космическим аппаратом, который облетел точку Лагранжа L2. Какие преимущества дает размещение космических аппаратов в точках Лагранжа? О наличии точек Лагранжа в космосе известно всем, кто хоть однажды интересовался научными достижениями в области астрономии. Хотя точки Лагранжа — это не более чем некоторые точки во вращающейся вместе с двумя массивными телами системе отсчёта, вокруг них может осуществляться орбитальное движение. французского математика, который первым занялся их изучением в 18 веке. Но я видел, что точки Лагранжа также могут быть использованы и для наблюдения инопланетянами за Землей!
Индия успешно вывела на орбиту Земли станцию по изучению Солнца Aditya-L1
Индийская солнечная станция начала перелет к первой точке Лагранжа И получила первые научные данные Александр Войтюк Индийская солнечная станция Aditya-L1 начала перелет к первой точке Лагранжа в системе Солнце—Земля, который продлится более трех месяцев. Кроме того, аппарат получил первые научные данные, активировав датчики регистрации энергетических ионов и электронов, сообщается на сайте ISRO. Aditya-L1 отправилась в космос второго сентября этого года. Аппарат оснащен семью научными приборами, с помощью которых он в течение пяти лет будет вести наблюдения за активными областями Солнца, корональными выбросами массы, солнечным ветром и короной и хромосферой звезды.
Обсерватория весом 1480 кг должна прибыть в L1 примерно через четыре месяца. Спутник, размещенный на орбите вокруг точки L1, будет постоянно наблюдать за Солнцем без каких-либо покрытий или затмений. Индийский солнечный зонд будет использовать четыре научных инструмента для изучения частиц и магнитных полей и еще четыре других съемки поверхности Солнца и его атмосферы.
Келдыша РАН Траектория космического аппарата «Спектр-РГ» в космосе похожа на спираль: он вращается вокруг точки Лагранжа L2, которая находится примерно в 1,5 миллиона километров на линии «Солнце—Земля» в сторону от Солнца. В этой точке силы притяжения Земли и Солнца, как это принято говорить, уравновешиваются центробежной силой, так что помещенное в эту точку тело в ней и остаётся, вращаясь вокруг Солнца. Однако это идеальный случай — в реальности же космические аппараты находятся не точно в L2, а движутся вокруг неё по различным траекториям. В частности, «Спектр-РГ» облетает L2 по эллиптической незамкнутой орбите с размерами полуосей более 750 тысяч километров и около 250 тысяч километров. Точка L2 удобна для проведения обзоров: вращаясь вокруг оси, которая примерно соответствует направлению на Солнце, аппарат «Спектр-РГ» сможет провести полный обзор небесной сферы за полгода, при этом в поле зрения его телескопов не попадает Солнце. Но такая рабочая орбита неустойчива, поэтому приходится периодически примерно один раз в два месяца проводить маневры коррекции, чтобы аппарат оставался на ней.
По некоторым наблюдениям, в точках L4 и L5 системы Земля — Луна находятся очень разрежённые скопления межпланетной пыли — облака Кордылевского. В системе Солнце — Юпитер в окрестностях точек L4 и L5 находятся так называемые троянские астероиды. По состоянию на 21 октября 2010 известно около четырёх с половиной тысяч астероидов в точках L4 и L5 [16]. Троянские астероиды в точках L4 и L5 есть не только у Юпитера, но и у других планет-гигантов [17]. Другим интересным примером является спутник Сатурна Тефия , в точках L4 и L5 которой находятся два небольших спутника — Телесто и Калипсо. Тефия и Диона в сотни раз массивнее своих «подопечных», и гораздо легче Сатурна, что делает систему стабильной. Один из сценариев модели ударного формирования Луны предполагает, что гипотетическая протопланета планетезималь Тейя , в результате столкновения которой с Землёй образовалась Луна , сформировалась в точке Лагранжа L4 или L5 системы Солнце — Земля [18].
Первоначально считалось, что в системе Kepler-223 две из четырёх планет обращаются вокруг своего солнца по одной орбите на расстоянии 60 градусов [19]. Однако дальнейшие исследования показали, что данная система не содержит коорбитальных планет [20]. Равновесие в точках Лагранжа[ править править код ] Изображение двойной звезды Мира омикрон Кита , сделанное космическим телескопом « Хаббл » в ультрафиолетовом диапазоне. На фотографии виден поток материи, направленный от основного компонента — красного гиганта — к компаньону — белому карлику.
Космические аппараты в точках Лагранжа системы Земля-Луна
| Индия запустила станцию к Солнцу: Космос: Наука и техника: | Эта конкуренция за точки Лагранжа обусловлена не только научными исследованиями, но и экономическим и технологическим соперничеством между США и Китаем. |
| Индийская станция по изучению Солнца достигнет точки Лагранжа L1 6 января - | Это многомодульная станция, которая будет находиться на орбите Луны в точке Лагранжа L2. |
| Индия запустила станцию к Солнцу: Космос: Наука и техника: | Точки Лагранжа могут стать ареной новой космической гонки США и Китая С развитием космической индустрии и стремительным развитием технологий, кос. |
Лунный микроспутник может быть потерян, «Цюэцяо» продолжает путь к точке Лагранжа
Для удержания искусственных объектов там практически не нужно тратить топливо, поскольку гравитация Солнца и Земли в этой точке уравновешивают друг друга и все попадающие в неё тела могут быть практически неподвижны очень долгое время. Чтобы создать магнитный щит нужной силы, надо развернуть в L1 кольцо из медного проводника, по которому в случае вспышки распространялся бы ток силой до 22 000 ампер. Минимальный диаметр такого проводника — один сантиметр иначе он будет перегреваться — и медь расплавится , общая масса — около 100 000 тонн. При вспышке на Солнце в проводнике тёк бы ток, а вокруг проводника — магнитное поле. Авторы оценивают стоимость вывода проводника на орбиту в 100 миллиардов долларов цена МКС , однако берут при этом цену вывода 1000 долларов за килограмм. Это ниже, чем даже у самых дешёвых существующих ракет-носителей, например Falcon 9 или Falcon Heavy. Такие оптимистичные цифры, видимо, принимаются ими с опорой на ожидаемый прогресс в области многоразовых ракет. Астрофизики отмечают, что на фоне потерь в размере минимум 5—10 триллионов долларов, которые должна причинить супервспышка на Солнце техногенной цивилизации современного типа, расходы на строительство магнитного щита на орбите не так велики. Кроме того, полагают они, развитые цивилизации у других звёзд могли уже построить такие щиты.
Solar and Heliospheric Observatory, «Солнечная и гелиосферная обсерватория» запущен в 1995 году. Advanced Composition Explorer запущен в 1997 году.
Genesis — космический аппарат НАСА , предназначенный для сбора и доставки на Землю образцов солнечного ветра. В 2001 году запущен на орбиту вокруг точки Лагранжа L1 с последующим облётом точки L2 вернулся на землю в 2004 году. LISA Pathfinder , запущенная в 2015 году, осуществляла проверку технологий, необходимых для планируемой постройки будущей гравитационной обсерватории eLISA. Лазерная интерферометрическая космическая антенна eLISA предназначена для регистрации гравитационных волн и проверки общей теории относительности запуск запланирован на 2034 год. Космические телескопы « Гершель » и « Планк », запущены в 2009 году [24] [25]. Европейский телескоп « Gaia » запущен в 2013 году. Космическая обсерватория Спектр-РГ запущена в 2019 году [26]. Орбитальная инфракрасная обсерватория « Джеймс Уэбб » запущена в 2021 году [27]. Этот манёвр получил название «лестница Лагранжа» [30].
В L5 пока не обнаружено троянских астероидов, но там наблюдается довольно большое скопление межпланетной пыли. По некоторым наблюдениям, в точках L4 и L5 системы Земля — Луна находятся очень разрежённые скопления межпланетной пыли — облака Кордылевского. В системе Солнце — Юпитер в окрестностях точек L4 и L5 находятся так называемые троянские астероиды. По состоянию на 21 октября 2010 известно около четырёх с половиной тысяч астероидов в точках L4 и L5 [16]. Троянские астероиды в точках L4 и L5 есть не только у Юпитера, но и у других планет-гигантов [17]. Другим интересным примером является спутник Сатурна Тефия , в точках L4 и L5 которой находятся два небольших спутника — Телесто и Калипсо. Тефия и Диона в сотни раз массивнее своих «подопечных», и гораздо легче Сатурна, что делает систему стабильной. Один из сценариев модели ударного формирования Луны предполагает, что гипотетическая протопланета планетезималь Тейя , в результате столкновения которой с Землёй образовалась Луна , сформировалась в точке Лагранжа L4 или L5 системы Солнце — Земля [18]. Первоначально считалось, что в системе Kepler-223 две из четырёх планет обращаются вокруг своего солнца по одной орбите на расстоянии 60 градусов [19]. Однако дальнейшие исследования показали, что данная система не содержит коорбитальных планет [20]. Равновесие в точках Лагранжа[ править править код ] Изображение двойной звезды Мира омикрон Кита , сделанное космическим телескопом « Хаббл » в ультрафиолетовом диапазоне.
Финансирование NASA и соответствующих подразделений министерства обороны критически важно для обеспечения контроля и управления в космической сфере, установления доминирования в многостороннем космическом управлении и стимулирования научных открытий и американских инноваций. Среди обширного списка рекомендаций особо выделяется предложение по космосу. За последние годы космическая программа Китая прошла большой путь развития. Миссии по доставке лунного грунта Чанъэ-5 и предстоящая Чанъэ-6 на южный полюс Луны — два примера их огромных достижений. Орбитальная станция Тяньгун уже работает и расширяется, а в недалёком будущем Китай рассчитывает отправить людей на Луну. КПК хорошо понимает необходимость космических операций и развивает впечатляющие космические возможности, чтобы бросить вызов доминированию США в этой сфере. Обе страны также разрабатывают технологии для исследования глубокого космоса, и точки Лагранжа земно-лунной системы предлагают промежуточные этапы для будущих миссий на Марс и дальше. Новая космическая гонка с акцентом на точки Лагранжа интригует не меньше, чем настораживает.
Каталог Точка Лагранжа
Например, в точке L1 системы «Земля — Солнце» можно было бы поместить космическую солнечную обсерваторию. Она никогда не будет попадать в тень Земли, соответственно, наблюдения можно вести без перерыва. Точка L2 системы «Земля — Солнце» может быть практически идеальной для установки в ней космического телескопа. В ней Земля почти всегда заслоняет солнечный свет и не отражает его в это место, что позволило бы ученым постоянно изучать другие звезды. В точке L1 системы «Земля — Луна» можно поместить ретрансляционную станцию в период освоения спутника Земли. Станция будет постоянно находиться в зоне прямой видимости для большей части полушария Луны, обращенного к Земле.
Поэтому для связи с ней будущим колонистам Луны понадобятся передатчики в десятки раз менее мощные, чем для связи с Землей. Существует множество проектов, в рамках которых астрофизики планируют тем или иным образом использовать точки Лагранжа в своих исследованиях. Был запущен еще в 1978 году, в рамках миссии должен был доказать, что существование этих точек либрации другое название точек Лагранжа — «Хайтек» вообще реально, а также исследовать верхние границы магнитосферы Земли, проходящие как раз на расстоянии около 1,5 млн км от нашей планеты. После этого — через десять лет — зонд был направлен к кометам Галлея и Джакобини — Циннера. Сейчас ISEE-3 несколько десятилетий просто находится в космосе в выключенном состоянии.
В точке L2 системы «Земля — Солнце» долго находился спутник WMAP для изучения реликтового излучения, которое возникло во время Большого взрыва сейчас, после завершения миссии, отправлен на орбиту захоронения , космическая обсерватория Herschel, космическая обсерватория Планк, космический телескоп Gaia. В будущем сюда запустят один из самых важных проектов по изучению космоса — телескоп имени Джеймса Уэбби в 2024 году, который придет на смену культовому «Хабблу». При этом все эти объекты, конечно же, находятся не в одной точке — а на гало-орбитах вокруг областей Лагранжа. Их достаточно много — несмотря на то, что зонды должны иметь стабилизирующее оборудование, позволяющее долго удерживаться на них. Почему тогда на этих точках не собираются строить колонии?
Какие преимущества дает размещение космических аппаратов в точках Лагранжа? Владимир Георгиевич Сурдин Кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник Государственного астрономического института им. Основные работы посвящены звездной динамике, вопросам происхождения и эволюции звездных скоплений.
Телескоп «Джеймс Уэбб» прибыл в точку Лагранжа Телескоп «Джеймс Уэбб», который заменит «Хаббл», прибыл к месту назначения в 1,5 млн км от Земли Вечером 24 января космический телескоп на 297 секунд включил двигатель, чтобы добраться до цели путешествия длиной 1,5 миллиона километров — точки Лагранжа L2. О знаменательном событии сообщает NASA. Добро пожаловать домой, Уэбб! Не могу дождаться лета, чтобы взглянуть на первые снимки, которые станет передавать телескоп, — радуется администратор NASA Билл Нельсон. Следующие несколько месяцев будет происходить отладка оборудования.
Как указали специалисты НАСА, за счёт метастабильности L2 на подобные корректировки потребуется сравнительно мало топлива. Кроме того, ракета « Ариан-5 » неожиданно удачно «закинула» телескоп в космос, благодаря чему удалось сберечь внушительную часть топлива и продлить потенциальный срок службы телескопа. Орбита телескопа вокруг L2 и его путь от Земли до места назначения. В частности, они продолжат процесс калибровки оптики, начавшийся 12 января. Ориентировочно на 100 день завершится охлаждение приборов.