Dalam sistem putaran dua jasad kosmik jisim tertentu, terdapat titik di angkasa, dengan meletakkan sebarang objek berjisim kecil di mana, anda boleh membetulkannya dalam kedudukan pegun berbanding dengan dua jasad putaran ini. Titik ini dipanggil titik Lagrange. Artikel ini akan membincangkan cara ia digunakan oleh manusia.
Apakah itu mata Lagrange?
Untuk memahami isu ini, seseorang harus beralih kepada menyelesaikan masalah tiga badan berputar, dua daripadanya mempunyai jisim sedemikian sehingga jisim jasad ketiga boleh diabaikan berbanding dengannya. Dalam kes ini, adalah mungkin untuk mencari kedudukan dalam ruang di mana medan graviti kedua-dua jasad besar akan mengimbangi daya sentripetal keseluruhan sistem berputar. Kedudukan ini akan menjadi mata Lagrange. Dengan meletakkan badan berjisim kecil di dalamnya, seseorang boleh memerhatikan bagaimana jaraknya ke setiap dua jasad besar tidak berubah untuk masa yang lama sewenang-wenangnya. Di sini kita boleh membuat analogi dengan orbit geostasioner, di mana satelit sentiasa beradaterletak di atas satu titik di permukaan bumi.
Adalah perlu untuk menjelaskan bahawa jasad yang terletak di titik Lagrange (ia juga dipanggil titik bebas atau titik L), berbanding dengan pemerhati luaran, bergerak mengelilingi setiap dua jasad dengan jisim yang besar., tetapi pergerakan ini bersama-sama dengan pergerakan kedua-dua badan yang tinggal sistem mempunyai ciri sedemikian yang berkenaan dengan setiap daripadanya badan ketiga berada dalam keadaan rehat.
Berapa banyak titik ini dan di manakah lokasinya?
Untuk sistem berputar dua jasad dengan sebarang jisim sama sekali, terdapat hanya lima titik L, yang biasanya dilambangkan dengan L1, L2, L3, L4 dan L5. Semua titik ini terletak dalam satah putaran badan yang dipertimbangkan. Tiga titik pertama berada pada garis yang menghubungkan pusat jisim dua jasad sedemikian rupa sehingga L1 terletak di antara jasad, dan L2 dan L3 di belakang setiap jasad. Titik L4 dan L5 terletak sedemikian rupa sehingga jika kita menyambungkan setiap satu daripadanya dengan pusat jisim dua badan sistem, kita akan mendapat dua segi tiga yang sama di angkasa. Rajah di bawah menunjukkan semua titik Bumi-Matahari Lagrange.
Anak panah biru dan merah dalam rajah menunjukkan arah daya yang terhasil apabila menghampiri titik bebas yang sepadan. Dari rajah dapat dilihat bahawa luas titik L4 dan L5 adalah jauh lebih besar daripada luas titik L1, L2 dan L3.
Latar belakang sejarah
Buat pertama kalinya, kewujudan titik bebas dalam sistem tiga badan berputar telah dibuktikan oleh ahli matematik Itali-Perancis Joseph Louis Lagrange pada tahun 1772. Untuk melakukan ini, saintis perlu memperkenalkan beberapa hipotesis danbangunkan mekanik anda sendiri, berbeza daripada mekanik Newton.
Lagrange mengira titik L, yang dinamakan sempena namanya, untuk orbit bulatan revolusi yang ideal. Pada hakikatnya, orbit adalah elips. Fakta terakhir membawa kepada fakta bahawa tiada lagi titik Lagrange, tetapi terdapat kawasan di mana jasad ketiga jisim kecil membuat gerakan bulat serupa dengan pergerakan setiap dua jasad besar.
Mata percuma L1
Kewujudan titik Lagrange L1 mudah dibuktikan menggunakan alasan berikut: mari kita ambil Matahari dan Bumi sebagai contoh, mengikut undang-undang ketiga Kepler, semakin dekat jasad dengan bintangnya, semakin pendeknya. tempoh putaran mengelilingi bintang ini (persegi panjang tempoh putaran jasad adalah berkadar tepat dengan kubus jarak purata dari jasad ke bintang). Ini bermakna mana-mana jasad yang terletak di antara Bumi dan Matahari akan beredar mengelilingi bintang lebih cepat daripada planet kita.
Walau bagaimanapun, hukum Kepler tidak mengambil kira pengaruh graviti jasad kedua, iaitu Bumi. Jika kita mengambil kira fakta ini, maka kita boleh mengandaikan bahawa semakin dekat jasad ketiga jisim kecil dengan Bumi, semakin kuat lawan terhadap graviti suria Bumi. Akibatnya, akan ada satu titik di mana graviti Bumi akan memperlahankan kelajuan putaran jasad ketiga mengelilingi Matahari sedemikian rupa sehingga tempoh putaran planet dan jasad akan menjadi sama. Ini akan menjadi titik percuma L1. Jarak ke titik Lagrange L1 dari Bumi ialah 1/100 daripada jejari orbit planet mengelilingibintang dan sejauh 1.5 juta km.
Bagaimanakah kawasan L1 digunakan? Ia adalah tempat yang sesuai untuk memerhati sinaran matahari kerana tidak pernah ada gerhana matahari di sini. Pada masa ini, beberapa satelit terletak di rantau L1, yang terlibat dalam kajian angin suria. Salah satunya ialah satelit buatan Eropah SOHO.
Untuk titik Lagrange Bumi-Bulan ini, ia terletak kira-kira 60,000 km dari Bulan, dan digunakan sebagai titik "transit" semasa misi kapal angkasa dan satelit ke dan dari Bulan.
Mata percuma L2
Berhujah sama dengan kes sebelumnya, kita boleh menyimpulkan bahawa dalam sistem dua jasad revolusi di luar orbit jasad dengan jisim yang lebih kecil, harus ada kawasan di mana penurunan daya empar dikompensasikan oleh graviti jasad ini, yang membawa kepada penjajaran tempoh putaran jasad dengan jisim yang lebih kecil dan jasad ketiga mengelilingi jasad dengan jisim yang lebih besar. Kawasan ini ialah titik percuma L2.
Jika kita mempertimbangkan sistem Matahari-Bumi, maka ke titik Lagrange ini jarak dari planet ini akan sama persis dengan titik L1, iaitu 1.5 juta km, hanya L2 terletak di belakang Bumi dan lebih jauh. dari matahari. Memandangkan tiada pengaruh sinaran suria di rantau L2 disebabkan oleh perlindungan bumi, ia digunakan untuk memerhati Alam Semesta, mempunyai pelbagai satelit dan teleskop di sini.
Dalam sistem Bumi-Bulan, titik L2 terletak di belakang satelit semula jadi Bumi pada jarak 60,000 km daripadanya. Pada bulan L2terdapat satelit yang digunakan untuk memerhati bahagian jauh bulan.
Mata percuma L3, L4 dan L5
Titik L3 dalam sistem Matahari-Bumi berada di belakang bintang, jadi ia tidak boleh diperhatikan dari Bumi. Titik itu tidak digunakan dalam apa jua cara, kerana ia tidak stabil kerana pengaruh graviti planet lain, seperti Zuhrah.
Titik L4 dan L5 ialah kawasan Lagrange yang paling stabil, jadi terdapat asteroid atau habuk kosmik berhampiran hampir setiap planet. Contohnya, hanya habuk kosmik wujud di titik Lagrange di Bulan ini, manakala asteroid Trojan terletak di L4 dan L5 Musytari.
Kegunaan lain untuk titik percuma
Selain memasang satelit dan memerhati angkasa, titik Lagrange Bumi dan planet lain juga boleh digunakan untuk perjalanan angkasa lepas. Ia berikutan daripada teori bahawa bergerak melalui titik Lagrange bagi planet yang berbeza secara bertenaga dan memerlukan sedikit tenaga.
Satu lagi contoh menarik menggunakan titik L1 Bumi ialah projek fizik seorang pelajar sekolah Ukraine. Dia mencadangkan untuk meletakkan awan debu asteroid di kawasan ini, yang akan melindungi Bumi daripada angin suria yang merosakkan. Oleh itu, titik itu boleh digunakan untuk mempengaruhi iklim seluruh planet biru.
