1767年数学家欧拉在解析平面圆形三体问题时,依据彼此旋转的两个天体的引力效果,计算出两个物体的引力和离心力彻底抵消的3个点,十八世纪天才的数学家拉格朗日(Joseph-Louis Lagrange)在1772年计算出别的两个点,这5个点都被称为拉格朗日点,别离标记为L1、L2、L3、L4和L5。
两个天体由于引力效果彼此旋转,地-月体系是咱们最了解的比如,假如咱们将引力作为仅有考虑的效果力,从表面上看地-月体系中的月球盘绕地球旋转,但其实便是地球与月球互转的,地球与月球旋转的中心点坐落两个天体连线、坐落地球表面之下1600公里处。当物体绕圈旋转时都会发生一种使物体脱离旋转轨迹向外“推”的离心力,而这无关乎旋转的速度与旋转轨迹的巨细。离心力是物体坚持直线运动的趋势,因而算不上是一种真实的力,可是在对待旋转或许滚动的问题时有必要予以满足的注重,因而拉格朗日在地-月体系上钩算出地球引力、月球引力和离心力彻底抵消的平衡点。
美国在1968年12月21日发射的阿波罗8号飞船,这可能是人类前史中最巨大、但最不闻名的杰出效果,阿波罗8号飞船是第一次承载人类脱离地球轨迹的飞行器,使人类能够回头遥看这个孕育生命的蓝色星球,也是人类开端探究世界奥妙巨大豪举的巨大进步。发射后的飞船在太空中航行了三天才挨近月球,并盘绕月球轨迹飞行了20小时,在这期间,航天员依照指令点着了土星5号火箭的第三级和末级发动机,火箭以每秒11公里的速度向月球驶去,可是火箭一半的燃料现已用在脱离地球引力的进程之中了。在航向月球近40万公里的旅程中,载人飞船遭到地球引力的招引,使得飞船跋涉速度逐步减慢,可是飞船间隔地球越来越远,地球引力的效果也逐步变弱,一同间隔月球渐进,月球的引力逐步变强。在这段旅程之间就存在一个地球和月球引力效果的平衡点,当飞船跳过这一点今后航向月球的速度就会渐渐的快。
在任何两个天体之间都存在拉格朗日点,咱们来看最了解的地-月体系。地球与月球之间的平衡点便是第一个拉格朗日点(L1),这一点在地球与月球连线接近地球一侧,L1区域的物领会以月球相同的周期盘绕地-月引力中心旋转,就像是被固定在地-月连线上相同。L1点尽管一切的力都平衡,可是L1的平衡性很不安稳,平衡点的规模十分狭小,一旦物体超出平衡点的规模,物体倾向地球或许倾向月球一侧,就会落向地球或许月球,L1点就像在狭隘的山脊上放置的苹果,稍不安稳就会滚向山坡一边或另一边。
第二和第三拉格朗日点(L2和L3)同样在地-月连线上,L2坐落小的天体外侧的一点,在地-月体系中L2点坐落地-月连线上月球的外侧,也便是比月球稍远一点的方位上;相反L3点坐落地球外侧的一点上。在这两个平衡点上地球引力、月球引力和双星体系旋转的离心力彼此抵消,L2和L3点上的物体也以月球相同的周期盘绕地-月引力中心旋转。L2和L3平衡点的规模要比L1点大许多,假如发现在这两个点上的物体正在飘向月球或许地球,你只需要一点点力就能够使物体回到原先的方位,L2和L3平衡点比L1点安稳一些。这样看来L2和L3点是人类在探究世界和便利生活上可通过平衡点,可是不要着急,还有愈加抱负的平衡点可供挑选。
愈加抱负的那便是第四和第五拉格朗日点(L4和L5点),方位处在地球、月球为等边三角形的另一个极点上,在地心与月心连线的左右两头各有一个。L4和L5点与前三个平衡点不同,尽管这两个点与其他的平衡点相同,地球、月球的引力与体系旋转的离心力彻底抵消,但L4和L5点十分安稳,处在L4和L5点上的物体不论向任何方向漂移,三种力都会阻挠物体持续漂移,像是将苹果放在四面盘绕的山沟相同。
由美国制作的哈勃太空望远镜处在地球的同步轨迹上运转,轨迹间隔地球表面为35900公里的高度,美国发射的威尔金森微波各向异性探测器处在太阳-地球体系的拉格朗日L2点上,探测器以威尔金森命名是为了留念美国普林斯顿大学的物理学家威尔金森(David Wilkinson)在世界布景辐射研讨中的成果,探测器与地球一同盘绕太阳旋转,旋转一周正好等于1个地球年。美国规划的韦伯太空望远镜(是以航空航天前局长的姓名命名的)估计在不久今后发射,新的太空望远镜将顶替现已远超规划寿数的哈勃望远镜,但韦伯太空望远镜不会处在地球的同步轨迹作业,而是将被发射至太阳-地球体系的拉格朗日L2点。拉格朗日L1点尽管与其他的平衡点比较不太安稳,可是L1点有其方位上的优势,例如美国航空航天局发射的来源号探测器就坐落太阳-地球体系的拉格朗日L1点上作业,该点坐落太阳与地球连线、朝向太阳160万公里的地球上空,在两年半的时间里来源号探测器搜集最纯洁的太阳物质,包含太阳的原子和分子,为科学家供给一个研讨太阳系来源的窗口。搜集太阳辐射物质的贮存仓脱离L1点后进入L2点,伴随地球绕圈以确认进入地球的轨迹,并且在美国犹他州上空进行空中收回。
前面咱们说到拉格朗日L4和L5点是安稳的平衡点,拉格朗日就从前预测到引力强壮的太阳-木星体系的L4和L5点必定存在太空砾石,在1905年天文学家发现了特洛伊小行星,现在发现在太阳-木星体系的L4和L5点存在数万颗小行星,它们跟着太阳、木星引力和体系的离心力的效果,以木星相同的运转周期旋转着。有爱好的朋友可查阅《从混沌到有序—妙趣横生的世界》一书。
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