Dünya-Ay sisteminde, ilk üç serbestlik noktası Dünya ile Ay'ı birbirine bağlayan dönen bir çizgi üzerindedir: nokta gezegenler arasında yer alır, ikinci nokta Ay'ın arkasındadır ve üçüncü eşdoğrusal nokta karşı tarafta yer alır. Dünya'nın Ay'a göre oranı. Geriye kalan iki serbest bırakma noktası, dönme hattının her iki yanında bulunur.

Lagrange noktaları olarak bilinen beş denge noktası veya serbest bırakma noktaları, Şekil 2'de gösterilmektedir. 3. Bunlarda, birinci ve ikinci cisimlerden gelen birleşik yerçekimi kuvvetleri, üçüncü cismin merkezcil ivmesi ile tam olarak telafi edilir. Bu tür noktalar, üçüncü cismin ortak kütle merkezleri etrafındaki birinci ve ikinci cisimlerin yörünge periyotlarına eşit bir yörünge periyodunu korumasını sağlar.

Pirinç. 3. Dünya-Ay sisteminde beş serbest kalma noktası.

Noktalar ve kararsız. Çünkü eşdoğrusal bir Lagrange noktasına yerleştirilen bir cisim, Dünya ile Ay'ı birleştiren düz çizgi üzerinde hafifçe hareket ederse, bu durumda cismi yaklaştığı cisme çeken kuvvet artarken, diğer cisimden gelen çekim kuvveti de artar. aksine azalır. Sonuç olarak, nesne denge konumundan giderek uzaklaşacaktır.

Bununla birlikte, Lissajous ve Lissajous gibi kararlı kapalı yarı periyodik ve periyodik yörüngeler vardır. hale yörüngeleri Bu noktalar etrafında dalgalanan. Yani hale yörüngesinde hareket eden bir uzay aracı uzun süre üzerinde kalacaktır (Şekil 4).

Pirinç. 4. Halo, Dünya-Ay sistemindeki yörüngelerdedir.

Serbestleşme noktasından ayrılan bir uzay aracı gibi bir nesne, Y ve Z yönlerinde ne kadar yer değiştirdiğine göre belirlenen bir periyotta bu noktanın etrafında salınacaktır (Şekil 5). φ parametresi, uzay aracının belirli bir hale yörüngesindeki konumunu belirleyen açıdır ve eliptik bir yörüngede uçarken gerçek anormalliğe benzer. 0?'dan +X eksenine yakın +Z ekseninden pozitif yönde ölçülür. 360'a kadar?

Şekil 5.

Dünya-Ay sisteminin beş serbest kalma noktası arasında, insanın uzayı keşfetmesiyle en alakalı iki tanesi Ay'a en yakın olanlardır - i. Dünya'dan bakıldığında sırasıyla Ay'ın yakın ve uzak taraflarına yakın konumda bulunurlar. Ancak kozmogoni ve tarih çalışmaları için öncelikli yerlerden biri olan Ay'ın uzak tarafını keşfetmek daha iyidir. güneş sistemi. Ay, uzak tarafındaki yüzeyi karasal radyo gürültüsünden koruyarak düşük frekanslı sinyallerin (100 MHz'in altında) incelenmesini kolaylaştırır.

Serbestleşme noktası, yörüngedeki uzay gözlemevleri ve teleskoplarının inşası için ideal bir yerdir. Bir noktadaki cisim, Güneş ve Dünya'ya göre yönünü uzun süre koruyabildiğinden, perdelenmesi ve kalibrasyonu çok daha kolay hale gelir. Dünya-Ay sistemindeki nokta, Ay'ın uzak tarafındaki nesnelerle uydu iletişimi sağlamak için kullanılabileceği gibi, Dünya ile Ay arasında kargo akışını sağlamak amacıyla bir benzin istasyonu için de uygun bir konum olabilir.

Bu nedenle, bu çalışmada, ay yüzeyinde, kuzeye daha yakın konumlanmış (enlem aralığı 60° ila 90° arasındadır) bir uzay aracını ele alıyoruz ve buradan, serbest kalma noktasında bir halo yörüngesi boyunca hareket eden bir nesneyi gözlemliyoruz (Şekil 1). 6).

Pirinç. 6. Uzay aracı serbest bırakma noktasında.

LAGRANGE NOKTALARI (librasyon noktaları), küçük kütleli bir cismin diğer iki gök cismine göre göreceli dengede olabileceği uzaydaki noktalardır (sınırlı üç cisim probleminde).

Genel üç cisim probleminin analitik çözümü, bu çözümün astronomik uygulamalar için pratik olarak yararsız olduğu son derece yavaş yakınsama nedeniyle, kesinlikle yakınsak seriler biçimine sahiptir. Bununla birlikte, bu problemin, üç gövdenin düzenlenmesinde özel konfigürasyonları koruyan hareketlere karşılık gelen beş katı kısmi çözümü vardır: gövdeler eşkenar bir üçgen oluşturur (üçgen konfigürasyon) veya tek bir düz çizgi üzerinde bulunur (doğrusal konfigürasyon). Aynı kısmi çözümler, ihmal edilebilir kütleli bir cismin, sonlu kütleli iki cismin yerçekimsel alanındaki hareketinin incelendiği sınırlı üç cisim probleminde de mevcuttur. Sınırlı dairesel üç cisim probleminde, eğer hareketi eylemsiz olmayan bir barisantrik referans çerçevesinin dönmesine göre düşünürsek, bu sabit kısmi çözümler, iki ana çekici cismin yörüngesel hareket düzleminde yer alan sabit noktalara (Lagrange noktaları) karşılık gelir. ana çekici cisimlerle birlikte. Beş Lagrange noktası vardır: eşdoğrusal olarak adlandırılan üç nokta (L 1, L 2 ve L 3, bkz. şekil) ve üçgen olarak adlandırılan iki nokta (L 4 ve L 5).

Lagrange noktalarında, iki ana ağırlık merkezinden küçük kütleli bir cisme etki eden evrensel yerçekimi kuvvetleri, dönen referans çerçevesinde mevcut olan merkezkaç atalet kuvveti ile dengelenir. Beş Lagrange noktasından herhangi birine yerleştirilen ihmal edilebilir kütleli bir cisim, söz konusu eylemsiz referans çerçevesinde sıfır hıza ve sıfır ivmeye sahip olacaktır.

Lagrange noktalarına aynı zamanda serbest bırakma noktaları da denir (Latince libro'dan - salınmaya), bu da eliptik yörüngeler boyunca kısmi periyodik hareketlerin bu noktalarının her birinin yakınında bulunmasından kaynaklanmaktadır. Modern gök mekaniğinde salınım noktalarının isimlendirilmesinde bir tekdüzelik yoktur. Örneğin, eşdoğrusal librasyon noktalarına genellikle Euler noktaları denir, çünkü sınırlı üç cisim probleminin karşılık gelen doğrusal kısmi çözümleri ilk olarak 1767'de L. Euler tarafından elde edilmiştir. “Lagrange noktaları” adı, J. Lagrange'ın “Üç Cisim Problemi Üzerine” (1772) çalışmasındaki tanımlarından dolayı benimsenmiştir. Beş serbest bırakma noktasının tümüne, P. Laplace tarafından Selestial Mechanics (1798) adlı eserinde öncüllerine herhangi bir atıfta bulunulmadan dahil edildiği gerekçesiyle Laplace noktaları da denir.

Lagrange, keşfettiği üç cisim probleminin kesin çözümlerinin, gerçek üçlü gök cisimleri sistemlerine pratik bir uygulaması olmayan bir "matematik merakı" olduğunu düşünüyordu. Bu sonuç, 1906'da Alman gökbilimci M. Wolf, Güneş - Jüpiter sisteminin üçgen Lagrange noktaları bölgesinde bulunan bir grup asteroitten ilki olan asteroit Aşil'i keşfettiğinde çürütüldü (bkz. Astronomideki Truva atları). Üçgensel serbest kalma noktalarına bazen yerçekimsel tuzaklar denir çünkü Yakınlarında meteorik madde parçacıkları ve hatta asteroit grupları birikimleri olabilir. Gezegenler arası uzayı keşfetmeye yönelik umut verici stratejilerden biri, serbest kalma noktalarının dinamik özelliklerinin kullanımına dayanmaktadır. Dünya - Güneş sisteminin Lagrange noktalarının yakınında (örneğin, L 1 noktası - SOHO (Güneş ve Heliosferik Gözlemevi) gözlemevi) yakınında birkaç uzay gözlemevi bulunmaktadır. Dünya-Ay sisteminin L 1 noktası, Ay'ın önerilen keşfi dönemi boyunca bir aktarma istasyonunun yerleştirileceği bir yer olarak kabul edilir. Kurtarma istasyonlarının, gezegenler arası uzay araçları için depoların ve hatta Güneş Sisteminin Lagrange cisimciklerinin yakınında uzay mega şehirlerinin oluşturulmasını sağlayan bir dizi proje önerildi. Lagrange noktaları kavramı yıldız astrofiziğinde de uygulama alanı bulmuştur: iç Lagrange noktası (L 1), yakın ikili yıldızların teorisinde önemli bir rol oynar.

Aydınlatılmış: Gök Mekaniği ve Astrodinamik Referans Kılavuzu. 2. baskı. M., 1976; Duboshin G. N. Gök mekaniği. M., 1983.

Belirli bir kütleye sahip iki kozmik cismin dönme sisteminde, uzayda küçük kütleli herhangi bir nesneyi yerleştirerek onu bu iki dönme cismine göre sabit bir konumda sabitleyebileceğiniz noktalar vardır. Bu noktalara Lagrange noktaları denir. Makalede bunların insanlar tarafından nasıl kullanıldığı tartışılacak.

Lagrange noktaları nedir?

Bu konuyu anlamak için, üç dönen cisim sorununun çözümüne bakmak gerekir; bunlardan ikisinin kütlesi, üçüncü cismin kütlesi onlarla karşılaştırıldığında ihmal edilebilir düzeydedir. Bu durumda, uzayda her iki büyük cismin çekim alanlarının tüm dönen sistemin merkezcil kuvvetini telafi edeceği konumlar bulmak mümkündür. Bu konumlar Lagrange noktaları olacaktır. İçlerine düşük kütleli bir cisim yerleştirerek, iki büyük cismin her birine olan mesafelerinin ne kadar uzun süre değişmediğini gözlemleyebilirsiniz. Burada, uydunun her zaman dünya yüzeyindeki bir noktanın üzerinde bulunduğu sabit yörüngeye bir benzetme yapabiliriz.

Lagrange noktasında (ayrıca serbest nokta veya L noktası da denir) bulunan bir cismin, dış bir gözlemciye göre, iki cismin her birinin etrafında büyük bir kütle ile hareket ettiğini açıklığa kavuşturmak gerekir, ancak bu hareket, Sistemin geri kalan iki gövdesinin hareketi şu karaktere sahiptir: Üçüncü cisim her birine göre hareketsizdir.

Bu noktalardan kaç tane var ve nerede bulunuyorlar?

Kesinlikle herhangi bir kütleye sahip iki cismin döndürüldüğü bir sistem için, genellikle L1, L2, L3, L4 ve L5 olarak adlandırılan yalnızca beş L noktası vardır. Bütün bu noktalar söz konusu cisimlerin dönme düzleminde bulunur. İlk üç nokta, iki cismin kütle merkezlerini, L1 cisimlerin arasına yerleştirilecek ve L2 ve L3 cisimlerin her birinin arkasında olacak şekilde birleştiren çizgi üzerindedir. L4 ve L5 noktaları, her birini sistemin iki gövdesinin kütle merkezlerine bağlarsanız, uzayda iki özdeş üçgen elde edecek şekilde yerleştirilmiştir. Aşağıdaki şekil tüm Dünya-Güneş Lagrange noktalarını göstermektedir.

Şekildeki mavi ve kırmızı oklar, karşılık gelen serbest noktaya yaklaşıldığında ortaya çıkan kuvvetin etki yönünü göstermektedir. Şekilden L4 ve L5 noktalarının alanlarının L1, L2 ve L3 noktalarının alanlarından çok daha büyük olduğu görülmektedir.

Tarihsel arka plan

Üç dönen cisimden oluşan bir sistemde serbest noktaların varlığı ilk kez 1772'de İtalyan-Fransız bir matematikçi tarafından kanıtlandı. Bunu yapabilmek için bilim insanının Newton mekaniğinden farklı olarak bazı hipotezler ortaya atması ve kendi mekaniğini geliştirmesi gerekiyordu.

Lagrange ideal dairesel dönme yörüngeleri için kendi adını taşıyan L noktalarını hesapladı. Gerçekte yörüngeler eliptiktir. İkinci gerçek, Lagrange noktalarının artık mevcut olmadığı, ancak küçük kütleli üçüncü bir cismin, iki büyük cismin her birinin hareketine benzer bir dairesel hareket gerçekleştirdiği bölgeler olduğu gerçeğine yol açmaktadır.

Serbest nokta L1

Lagrange noktası L1'in varlığını şu mantıkla kanıtlamak kolaydır: Güneş'i ve Dünya'yı örnek alın, Kepler'in üçüncü yasasına göre, bir cisim yıldızına ne kadar yakınsa, bu yıldızın etrafındaki dönüş süresi o kadar kısa olur ( cismin dönme periyodunun karesi, cisimden yıldıza olan ortalama mesafenin küpüyle doğru orantılıdır). Bu, Dünya ile Güneş arasında bulunan herhangi bir cismin yıldızın etrafında gezegenimizden daha hızlı döneceği anlamına gelir.

Ancak ikinci cismin, yani Dünyanın yerçekiminin etkisini hesaba katmaz. Bu gerçeği hesaba katarsak, üçüncü düşük kütleli cismin Dünya'ya ne kadar yakın olduğunu, Dünya'nın yerçekiminin güneşe karşı etkisinin o kadar güçlü olacağını varsayabiliriz. Sonuç olarak, Dünya'nın yerçekiminin, üçüncü cismin Güneş etrafındaki dönüş hızını, gezegenin ve cismin dönüş süreleri eşit olacak şekilde yavaşlatacağı bir nokta olacaktır. Bu L1 serbest noktası olacaktır. L1 Lagrange noktasına olan uzaklık, gezegenin yıldız etrafındaki yörünge yarıçapının 1/100'üne eşit olup 1,5 milyon km'dir.

L1 alanı nasıl kullanılır? Burası güneş radyasyonunu gözlemlemek için ideal bir yer çünkü hiçbir zaman güneş radyasyonu yok. güneş tutulmaları. Şu anda L1 bölgesinde güneş rüzgarını inceleyen birkaç uydu bulunmaktadır. Bunlardan biri Avrupa'nın yapay uydusu SOHO'dur.

Bu Dünya-Ay Lagrange noktası ise Ay'a yaklaşık 60.000 km uzaklıkta bulunuyor ve görevlerde "aktarma" noktası olarak kullanılıyor. uzay gemileri ve Ay'a giden ve geri giden uydular.

Serbest nokta L2

Önceki duruma benzer şekilde akıl yürüterek, daha küçük kütleli bir cismin yörüngesinin dışında, iki dönme cismi içeren bir sistemde, merkezkaç kuvvetindeki düşüşün bu cismin yerçekimi ile telafi edildiği bir bölgenin olması gerektiği sonucuna varabiliriz. Bu, daha küçük bir kütleye sahip gövdenin ve vücut etrafındaki üçüncü gövdenin dönme sürelerinin eşitlenmesine yol açar. daha büyük kütle. Bu alan L2 serbest noktasıdır.

Güneş-Dünya sistemini düşünürsek, o zaman bu Lagrange noktasına gezegenden olan mesafe L1 noktasıyla tamamen aynı olacaktır, yani 1,5 milyon km, yalnızca L2 Dünya'nın arkasında ve Güneş'ten daha uzakta bulunur. L2 bölgesinde dünyanın korunması nedeniyle güneş radyasyonunun etkisi olmadığından, buraya çeşitli uydular ve teleskoplar yerleştirilerek Evreni gözlemlemek için kullanılır.

Dünya-Ay sisteminde L2 noktası, Dünya'nın doğal uydusunun arkasında, ondan 60.000 km uzaklıkta yer almaktadır. Ay L2, gözlem yapmak için kullanılan uyduları içerir ters taraf Aylar.

Serbest noktalar L3, L4 ve L5

Güneş-Dünya sisteminde L3 noktası yıldızın arkasında yer aldığından Dünya'dan gözlemlenemez. Venüs gibi diğer gezegenlerin yerçekimi etkisinden dolayı kararsız olduğu için bu nokta hiçbir şekilde kullanılmıyor.

L4 ve L5 noktaları en kararlı Lagrange bölgeleridir, dolayısıyla hemen hemen her gezegenin yakınında asteroitler veya kozmik toz bulunur. Örneğin Ay'ın bu Lagrange noktalarında yalnızca kozmik toz bulunurken, Truva asteroitleri Jüpiter'in L4 ve L5 noktalarında bulunur.

Ücretsiz puanların diğer kullanımları

Uydu kurmanın ve uzayı gözlemlemenin yanı sıra, Dünya'nın ve diğer gezegenlerin Lagrange noktaları da uzay yolculuğu için kullanılabilir. Teoriden, farklı gezegenlerin Lagrange noktalarındaki hareketlerin enerji açısından uygun olduğu ve az enerji harcaması gerektirdiği sonucu çıkar.

Dünyanın L1 noktasını kullanmanın bir başka ilginç örneği de Ukraynalı bir okul çocuğunun fizik projesiydi. Bu bölgeye, Dünya'yı yıkıcı güneş rüzgarlarından koruyacak bir asteroit tozu bulutu yerleştirmeyi önerdi. Böylece bu nokta tüm mavi gezegenin iklimini etkilemek için kullanılabilir.

Yerçekiminin olmadığı yer veya gökbilimcilerin bu olguya verdiği adla Lagrange noktaları (adını Aydınlanma sırasında Fransa'dan gelen tamirci, gökbilimci ve matematikçi Joseph Louis Lagrange'den almıştır), kısaca L1 ve daha sonra L5'e kadar gösterilen noktalar değildir. Bunlar, yerçekimi yasalarının işlemediği, milyonlarca kilometre uzunluğunda devasa uzay alanlarıdır. Bu, yanlışlıkla oraya giren herhangi bir nesnenin geri çıkamayacağı anlamına gelir. Lagrange noktaları olarak adlandırılan ve hiçbir hareketin mümkün olmadığı devasa uzay bölgeleri onu yakalayacak ve bir daha bırakmayacaktır. Ve eğer serbest bırakılırlarsa, bu çok yakında olmayacak.

Matematikçi

1736'da Fransa'nın Torino kentinde ünlü bir İtalyan doğdu ve Euler ile birlikte on sekizinci yüzyılın en büyük matematikçisi oldu. Çeşitli bilimsel materyalleri genelleme ve sentezleme konusundaki olağanüstü becerisi ona özel bir ün kazandırdı. Joseph Louis Lagrange, olası yer değiştirmeler ilkesi de dahil olmak üzere birçok temel matematik ilkesini oluşturduğu için hemen matematik biliminin klasiği haline gelen analitik mekanik üzerine bir inceleme yazdı. Sonunda mekaniği matematikleştiren Lagrange'dı.

Ayrıca sayılar teorisine, matematiksel analize, sayısal yöntemlere ve olasılık teorisine büyük katkılarda bulundu. Varyasyonlar hesabını yaratan oydu. Ancak astronomiye katkısı hiç de az değil. Onun keşfi - Lagrange noktaları - birkaç yüzyıl boyunca tüm sözde bilimsel zihinleri heyecanlandırdı ve bu hala devam ediyor. Dört buçuk milyar yıl boyunca bu kozmik alanlarda ne kadar ilginç şeylerin biriktiğini hayal edebilirsiniz!

ders çalışıyor

Orada sadece toz bulutları, asteroitler ve gizli gezegenler olmayabilir. Pek çok kişi, diğer gezegenlerden gelen kötü şöhretli "küçük yeşil adamların" bu erişilemez yerçekimi olmayan alanlarda saklandığından ve harika "dairelerinden" nasıl hareket ettiğini izlediğinden şüpheleniyor. teknik ilerleme Dünya'da insanlığı tamamen bozulmaya yaklaştırıyor.

Geçtiğimiz yüzyıllarda bilimsel spekülasyonlar sona ermedi ama yakında sona erecek. İnsanlık nihayet bu sırrı açığa çıkarmaya çok yaklaştı. Güneş'i inceleyen iki uzay aracı farklı bir plan üzerinde araştırmaya geçti. Ve L4 ve L5 olarak adlandırılan bu gizemli alanlara ulaşmak üzereler ve daha orada Lagrange noktalarının içeride ne sakladığını öğrenecekler.

Misyon

Dünyanın bu habercileri orada bulamasa bile uzaylı gemileri yine de birçok bilim adamı bu noktalarda inanılmaz yaşta bazı kozmik kaya parçalarını keşfetmekten mutluluk duyacaktır. Ve muhtemelen çok çeşitli nesnelerden oluşan inanılmaz bir popülasyon gizlidir. Gökbilimciler, uzay sondalarında saklanan özel aletleri kullanarak gök cisimlerini arayacaklar.

Elbette tüm bunlar sadece spekülasyon ve belki de orada hiçbir gök cismi bulunamayacak. Joseph Louis Lagrange çok şey olacağından emin olmasına rağmen. Gelecekteki bu keşifler, güneş sisteminin nasıl oluştuğuna dair eksik ipuçları sağlayabilir ve Ay'ı şekillendiren devasa etkileşimlerin çoğunu anlamamıza yardımcı olabilir. Belki de bu bilgi dünyalıları kozmik cisimlerin gezegenimizle gelecekteki çarpışmalarına karşı uyaracaktır.

Öğretimin özü

Uzaydaki Lagrange noktaları, bir matematikçinin aşağıdaki fenomeni hesapladığı 1772'de keşfedildi: Zaten bilindiği gibi, Dünya'nın bir çekim alanı vardır ve Güneş'in çekiciliğini uzayda belirtilen noktalarda tam olarak nötrleştirmesi gerekir. Ve bunlar bir nesnenin gerçekten ağırlıksız hale gelmesi gereken tek alanlardır. Beş Lagrange noktası bütünüyle son derece ilginçtir. Ancak L4 ve L5 en ilgi çekici olanlardır. Bunlar tek istikrarlı alanlardır. Örneğin, Lagrange noktaları L2 ve L1 de uçan bir asteroidi geciktirecektir, ancak bir süre sonra daha fazla uçuş için serbest bırakılır, ancak bir nesne L4 veya L5 alanına düşerse, uzayın geri kalanına sonsuza kadar veda edebilir.

Dünya'dan çok uzakta değil, sadece yüz elli milyon kilometre kadar ve bu noktalar tam yörünge düzleminde bulunuyor, ancak kaçmak büyük olasılıkla imkansız. Bunlar Dünya'nın Lagrange noktalarıdır: L4 gezegenimizin altmış derece ilerisinde, L5 de aynı açıda arkasındadır ve birlikte Güneş'in etrafında dönmekteyiz. Muhtemelen Dünya'yı üzerine düşen asteroitlerden ve diğer kozmik cisimlerden koruyorlar ve onları yerçekimi olmayan uzayda kendi hareketlerinden mahrum bırakıyorlar. En ilginç olanı ise aynı tablonun diğer gezegenlerin etrafında da görülmesi ve bu tür alanların varlığının zaten keşfedilmiş olmasıdır.

Tuzaklar

Max Wolf, 1906'da Aşil adını verdiği bir asteroit keşfetti. Ana asteroit kuşağının ötesinde, Jüpiter ile Mars arasında bulunuyordu. Verileri inceledikten sonra bilim adamı, Aşil'in sanki bir tuzağa düşmüş gibi Jüpiter'in L4'üne düştüğünü fark etti. Bu keşfin ardından benzer örneklere yönelik bir arama dalgası ortaya çıktı. Bu noktalardaki tüm buluntulara Truva Savaşı kahramanlarının adı verilmiştir. İÇİNDE şu anda Jüpiter'in Lagrange noktaları tarafından anti-yerçekimi ağlarına yakalanmış binden az asteroit bulundu. Dünya, Ay; bilim adamlarının en çok ilgisini çeken şey bunlardı.

Diğer gezegenlerin yakınındaki "Truva atı" asteroitlerinin tespit edilmesi zordur. Hiçbiri Satürn'de bulunamadı, yalnızca Neptün'de bir tane bulundu. Ancak Dünya kozmik depolarını dikkatle gizliyor ve orada depoladığı şeyler henüz keşfedilmedi. Aramaya çıkan sondalardan bilgi bekliyoruz - Lagrange noktalarının bizden saklandığını neyi keşfedecekler?

Toprak

Güneş L4 ve L5'e çok yakın, bu yüzden onları Dünya'dan gözlemlemek çok zor. Geceleri L5 alanı neredeyse ufuktadır ve hızla kaybolur, L4 ise tam tersine şafak ışınlarının altında gizlenir. Ayrıca Ay'ın tam halinden daha büyük olan geniş alanların araştırılması gerekiyor. Ancak arama çalışmaları halen devam ediyor. 90'lı yıllarda bu çalışmalar için Hawaii'de bulunan bir teleskop kullanıldı. İlginç gerçekler keşfedilmedi ve bu nedenle araştırmacılar yavaş yavaş bu gizeme soğudu.

Daha yakın zamanlarda, Dünya yakınındaki asteroitleri keşfetmek için, özellikle Lagrange noktaları etrafındaki uzay bölgelerine odaklanan otomatik bir arama başlatıldı. Ancak şu ana kadar hiçbir şey keşfedilmedi. Bilim adamlarının STEREO uzay aracının sondalarına dair özel umutları var ve bu da durumu bir şekilde açıklığa kavuşturabilir. Asteroitleri aramak için değil, güneş fırtınalarını incelemek için uyarlandıklarını hatırlayalım. Bununla birlikte, 2006 yılında biri Dünya'nın önünde, diğeri arkasında olmak üzere açık bir yörüngede fırlatıldılar ve bu nedenle yalnızca güneş aktivitesini gözlemleyemeyecekler. Bunu yapmak için L4 ve L5 bölgelerine yaklaşırken uçak Yerçekimi tuzağına düşmelerine izin vermeyecek şekilde daha yavaş bir uçuşa yeniden yapılandırılacak.

Ay nereden geldi?

Dünyamızın neden bu kadar büyük bir uydusu var ve nereden geldi - bu sorular tam anlamıyla her zaman insanlığı endişelendirmiştir. Bugün pek çok bilim adamı, bunun çeşitli uzay enkazlarından, dört milyar yıl önce Dünya'ya çarpan Mars gezegeni büyüklüğündeki bir uzay nesnesinin enkazından oluştuğundan emin. Böyle bir çarpışmadan sonra nasıl oldu da Dünya hâlâ var oldu? Sonuçta her şeyin tam tersi olması gerekiyordu: Dünya parçalanmıştı ve Ay yoktu. Ve sonra devasa kozmik bedenin kendisi çarpmanın etkisiyle parçalara ayrıldı ve enkazdan sevgili şair yoldaşımız oluştu, nasıl yani?

Tek bir açıklama. Bu uzay nesnesi, uçuş sırasında hızlanmaya zaman kalmaması için yakınlarda bir yerde oluşturulmalıdır. Bu hipotez, Ay topraklarında Dünya'dakiyle tamamen aynı sayıda oksijen izotopunun keşfiyle doğrulandı. Mars'ta ise oran farklıdır. Peki bu kadar büyük bir gök cismi burada, kelimenin tam anlamıyla yakınlarda, fark edilmeden ve Dünya ile çok daha erken çarpışmadan nasıl oluşmuş olabilir? Ama Lagrange noktalarından birinde oluştuysa bu her şeyi açıklıyor. Oluşum Dünya'ya yakın olduğundan aynı sayıda oksijen izotopu vardır. Aynı yörüngede hız aynıya yakın olabilir. Ve eğer Lagrange noktalarına uçan sondalar bu uzay nesnesinin kalıntılarını keşfederse, teorinin kanıtlanmış olduğu düşünülebilir.

Tehdit

Bazı gökbilimciler, Lagrange noktaları gibi geniş alanlarda, gezegen büyüklüğünde bir cisim olabileceğini, çünkü oluşumu için gerekli maddenin dört buçuk milyar yıl boyunca orada toplandığını öne sürdüler. Gezegenler o zamanlar kozmik toz ve gazdan oluşuyordu ve L4 ve L5 bu amaç için mükemmel bataryalardı ve öyle olmaya da devam ediyorlar. Belki bir gezegen olmayabilir ama tehditkar büyüklükte bir asteroit orada saklanıyor olabilir.

Ama bu meraklı gözlerden gizlenmiş bir saatli bomba. Yakındaki gezegenler, özellikle Venüs, bu devi yavaş yavaş Lagrange noktasından uzaklaştıracak ve onu doğrudan Dünya'ya yönlendirecek bir çekimsel etki uygulayabilir. Ve eğer sondalar orada böyle bir kozmik cisim bulursa, onu havaya uçurmak ve enkazı incelemek için almak zorunda kalacaklar.

Üç cisim problemi

Güneş sistemi, gezegenlerin, Ay'ın ve Dünya'nın hareketiyle doğal olarak ilişkili çok sayıda etkiye sahiptir. Lagrange noktaları da aynı etkiye sahiptir. Uzay aracı onlarla nasıl etkileşime girecek? İşte Dünya ve Ay onun etrafında dairesel bir yörüngede uçuyor ve doğada başka hiçbir şey yokmuş gibi görünüyor. Bu, üç gövdeden oluşan sınırlı bir sorundur; üçüncüsü, düşündüğümüz uzay aracı ve onun hareketi olacaktır. Ay'ı ve Dünya'yı birbirine bağlayan çizgideyse, o zaman iki yerçekimi ivmesi hissedecektir - Ay'ın çekiciliği, Dünya'nın çekiciliği, artı bu ivmelere üçüncüsü eklenecektir - merkezcil, çünkü bu çizginin kendisi sürekli dönüyor.

Yörüngede

Elbette tüm bu ivmelerin kesiştiği ve sıfıra ulaştığı bir noktanın olması mümkün değildir. Bu denge noktası olacaktır, aksi takdirde Lagrange noktası (veya serbest kalma noktası) olacaktır. Böyle beş nokta var. İlk üçü Ay'ı ve Dünya'yı birbirine bağlar; bunlar eşdoğrusal Lagrange noktalarıdır. Bu noktalardan herhangi birine yerleştirilen bir uzay aracı orada asılı kalacak ve eğer biraz saparsa çevredeki alanda kendi yörüngesini bulacaktır.

Üstelik kaçınılmaz olarak değişecek çünkü Ay Dünya'nın etrafında bir daire çizmiyor, ancak yörüngesi biraz uzamış. Ve elbette Güneş de etkiliyor. Ancak bu yöntemin bir geleceği var çünkü cihazın yörüngesini Lagrange noktalarının bulunduğu bölgede ayarlamak ucuz. Burada düşük itişli motorlar kullanılabilir. Bu tür noktaların çevresi, insanlı uzay uçuşları için bile kullanıma uygundur.

Dünya-Güneş sistemi

Burada da beş serbest bırakma noktası var ve uzay araştırmaları, cislunarların keşfedilmesinden tamamen farklı görevler üstleniyor. İlk uçuşlar 1978 yılında gerçekleştirildi ve birçok ilginç görev gerçekleştirildi. Ana amaç güneş aktivitesini ve güneş rüzgarını izlemektir. Bu, Lagrange noktası L1 kullanılarak daha mümkün hale gelir. L2 astrofizikçiler için ilgi çekicidir çünkü bu noktanın yakınındaki bir cihaz, güneş ışınımından korunan bir teleskopu kullanabilir; sonuçta sürekli olarak ondan uzağa doğru yönelir. Astrofiziksel gözlemler en saf hesaplamalarla gerçekleştirilebilir.

Lagrange noktaları olan “Ay-Dünya” ile ilgili projeler, bu konuyu Avrupalı ​​ve Amerikalı bilim adamlarına vermiş olan ülkemizde artık pratik olarak yürütülmemektedir. Ve zaten engin bir deneyim biriktirdikten sonra güneş noktalarıyla ilgileniyorlar. Ancak büyük programlar Sovyetler Birliği ile sona erdi.

B.V. Bulyubash,
, MSTU im. R.E. Alekseeva, Nijniy Novgorod

Lagrange noktaları

Yaklaşık 400 yıl önce gökbilimcilerin elinde gezegenler ve yıldızlar dünyasını incelemek için yeni bir araç vardı: teleskop. Galileo Galilei. Çok az zaman geçti ve buna evrensel çekim kanunu ve Isaac Newton'un keşfettiği üç mekanik kanunu eklendi. Ancak Newton'un keşfettiği yasaları etkili bir şekilde kullanmayı ve gök cisimlerinin yörüngelerini doğru bir şekilde hesaplamayı mümkün kılan matematiksel yöntemler ancak Newton'un ölümünden sonra geliştirildi. Bu yöntemlerin yazarları Fransız matematikçilerdi. Önemli isimler Pierre Simon Laplace (1749–1827) ve Joseph Louis Lagrange (1736–1813) idi. Büyük ölçüde onların çabaları sayesinde yeni bir bilim yaratıldı: gök mekaniği. Gök mekaniğinin determinizm felsefesinin temeli haline geldiği Laplace'ın adlandırdığı şey tam olarak budur. Özellikle, Evrendeki tüm parçacıkların hızlarını ve koordinatlarını bilen, gelecekteki herhangi bir noktadaki durumunu açık bir şekilde tahmin edebilen Laplace tarafından tanımlanan kurgusal yaratığın görüntüsü yaygın olarak tanındı. Bu yaratık - "Laplace'ın şeytanı" - kişileştirilmiş ana fikir Determinizm felsefesi. Ve yeni bilimin en güzel saati 23 Eylül 1846'da güneş sisteminin sekizinci gezegeni Neptün'ün keşfiyle geldi. Alman gökbilimci Johann Halle (1812–1910), Fransız matematikçi Urbain Le Verrier'in (1811–1877) yaptığı hesaplamalara göre Neptün'ü tam olarak olması gereken yerde keşfetti.

Gök mekaniğinin olağanüstü başarılarından biri, Lagrange'ın 1772'de sözde gök cisimlerini keşfetmesidir. serbest bırakma noktaları. Lagrange'a göre iki cisimli bir sistemde toplam beş nokta vardır (genellikle Lagrange noktaları), bir noktaya yerleştirilen üçüncü bir cisme etki eden kuvvetlerin toplamının (kütlesi diğer ikisinin kütlelerinden önemli ölçüde daha azdır) sıfıra eşit olduğu. Doğal olarak, yerçekimi kuvvetlerine ek olarak cismin atalet merkezkaç kuvveti tarafından da etkileneceği dönen bir referans çerçevesinden bahsediyoruz. Dolayısıyla Lagrange noktasında vücut denge halinde olacaktır. Güneş-Dünya sisteminde Lagrange noktaları aşağıdaki gibi konumlandırılır. Güneş ile Dünya'yı birleştiren düz çizgi üzerinde beşte üç nokta vardır. Nokta L 3, Dünya'nın Güneş'e göre yörüngesinin karşı tarafında yer almaktadır. Nokta L 2, Güneş'in Dünya ile aynı tarafında bulunur, ancak içinde, farklı olarak L 3, Güneş Dünya tarafından örtülmüştür. Ve dönem L 1, bağlayan düz çizgi üzerindedir L 2 ve L 3, ancak Dünya ile Güneş arasındadır. Puanlar L 2 ve L 1, Dünya'dan aynı mesafeyle ayrılıyor - 1,5 milyon km. Lagrange noktaları özellikleri nedeniyle bilim kurgu yazarlarının ilgisini çekmektedir. Arthur C. Clarke ve Stephen Baxter'ın "Güneş Fırtınası" kitabında Lagrange noktasındadır. L 1 numaralı uzay inşaatçıları, Dünya'yı süper güçlü bir güneş fırtınasından korumak için tasarlanmış devasa bir ekran inşa ediyorlar.

Geriye kalan iki nokta ise L 4 ve L 5'i Dünya'nın yörüngesinde, biri Dünya'nın önünde, diğeri arkasında. Bu iki nokta diğerlerinden çok farklıdır çünkü içlerinde bulunan gök cisimlerinin dengesi sabit olacaktır. Bu hipotezin gökbilimciler arasında bu kadar popüler olmasının nedeni, noktaların yakınında L 4 ve L 5, 4,5 milyar yıl önce sona eren Güneş Sistemi gezegenlerinin oluşum dönemine ait bir gaz ve toz bulutunun kalıntılarını içerebilir.

Otomatik gezegenlerarası istasyonlar Güneş Sistemini keşfetmeye başladıktan sonra Lagrange noktalarına olan ilgi hızla arttı. Yani bu noktanın yakınında L 1 uzay aracı güneş rüzgarı üzerinde araştırma yapıyor NASA: SOHO (Güneş ve Heliosferik Gözlemevi) Ve Rüzgâr(İngilizceden tercüme edilmiştir – rüzgâr).

Başka bir cihaz NASA– sonda WMAP (Wilkinson Mikrodalga Anizotropi Probu)– noktanın yakınında bulunan L 2 ve kozmik mikrodalga arka plan ışınımını inceliyor. Karşı L 2 uzay teleskopu “Planck” ve “Herschel” hareket ediyor; yakın gelecekte ünlü uzun ömürlü uzay teleskopu Hubble'ın yerini alması gereken Webb teleskopu da onlara katılacak. Puanlara gelince L 4 ve L 5, ardından 26–27 Eylül 2009 ikiz sondalar STEREO-A Ve STEREO-B Güneş'in yüzeyindeki aktif süreçlerin çok sayıda görüntüsü Dünya'ya iletildi. İlk Proje Planları STEREO Son zamanlarda önemli ölçüde genişletildi ve şu anda sondaların aynı zamanda Lagrange noktalarının çevresini orada asteroitlerin varlığı açısından incelemek için kullanılması bekleniyor. Bu tür araştırmaların temel amacı, asteroitlerin varlığını "kararlı" Lagrange noktalarında tahmin eden bilgisayar modellerini test etmektir.

Bu bağlamda şunu söylemek gerekir ki, 20. yüzyılın ikinci yarısında, gök mekaniğinin karmaşık denklemlerinin bilgisayarda sayısal olarak çözülmesi mümkün hale geldiğinde, kararlı ve öngörülebilir bir güneş sistemi görüntüsü (ve onunla birlikte güneş sistemi felsefesi) ortaya çıktı. determinizm) nihayet geçmişte kaldı. Bilgisayar modellemesi, belirli bir zamanda gezegenlerin hızlarının ve koordinatlarının sayısal değerlerindeki kaçınılmaz yanlışlığın, Güneş sisteminin evrim modellerinde çok önemli farklılıklara yol açtığını göstermiştir. Yani senaryolardan birine göre güneş sistemi yüz milyonlarca yıl içinde gezegenlerinden birini bile kaybedebilir.

Aynı zamanda bilgisayar modelleri, güneş sisteminin gençliğinin uzak döneminde meydana gelen olayları yeniden yapılandırmak için eşsiz bir fırsat sunuyor. Böylece, matematikçi E. Belbruno ve astrofizikçi R. Gotta'nın (Princeton Üniversitesi) modeli, Lagrange noktalarından birinde ( L 4 veya L 5) uzak geçmişte Theia gezegeni kuruldu ( Teia). Diğer gezegenlerden gelen çekimsel etki, Thea'yı bir noktada Lagrange noktasından ayrılmaya, Dünya'ya doğru bir yörüngeye girmeye ve sonunda onunla çarpışmaya zorladı. Gott ve Belbruno'nun modeli birçok gökbilimcinin paylaştığı bir hipotezi detaylandırıyor. Buna göre Ay, yaklaşık 4 milyar yıl önce Mars büyüklüğünde bir uzay nesnesinin Dünya ile çarpışması sonucu oluşan maddeden oluşuyor. Ancak bu hipotezin zayıf bir noktası var: Böyle bir nesnenin tam olarak nerede oluşmuş olabileceği sorusu. Doğduğu yer güneş sisteminin Dünya'dan uzak kısımları olsaydı, enerjisi çok büyük olurdu ve Dünya ile çarpışmasının sonucu Ay'ın yaratılışı değil, Dünya'nın yok edilmesi olurdu. Sonuç olarak böyle bir nesnenin Dünya'dan çok uzakta oluşmamış olması gerekir ve Lagrange noktalarından birinin civarı bunun için oldukça uygundur.

Peki geçmişte olaylar bu şekilde gelişebildiğine göre, bunların gelecekte tekrar yaşanmasını engelleyen nedir? Başka bir deyişle Lagrange noktaları civarında başka bir Theia büyümeyecek mi? Prof. P. Weigert (Batı Ontario Üniversitesi, Kanada), bunun imkansız olduğuna inanıyor, çünkü şu anda güneş sisteminde bu tür nesneleri oluşturmaya yetecek kadar toz parçacığı bulunmuyor ve 4 milyar yıl önce gezegenler gaz parçacıklarından oluştuğunda. ve toz bulutları, durum temelde farklıydı. R. Gott'a göre, Lagrange noktalarının yakınında asteroitler keşfedilebilir - Theia gezegeninin "yapı malzemesinin" kalıntıları. Bu tür asteroitler Dünya için önemli bir risk faktörü haline gelebilir. Aslında, diğer gezegenlerden (ve öncelikle Venüs'ten) gelen yerçekimi etkisi, asteroitin Lagrange noktasının yakınlarından ayrılması için yeterli olabilir ve bu durumda Dünya ile çarpışma yörüngesine girebilir. Gott'un hipotezinin bir tarih öncesi geçmişi vardır: 1906 yılında, M. Wolf (Almanya, 1863–1932), Güneş-Jüpiter sisteminin Lagrange noktalarında asteroitleri keşfetti; bunlar, Mars ve Jüpiter arasındaki asteroit kuşağının dışında kalan ilk asteroitlerdi. Daha sonra Güneş-Jüpiter sisteminin Lagrange noktaları civarında binden fazla tanesi keşfedildi. Güneş sistemindeki diğer gezegenlerin yakınında asteroit bulma girişimleri o kadar başarılı olmadı. Görünüşe göre hala Satürn'ün yakınında değiller ve ancak son on yılda Neptün'ün yakınında keşfedildiler. Bu nedenle Dünya-Güneş sisteminin Lagrange noktalarında asteroitlerin varlığı veya yokluğu sorununun modern gökbilimcileri büyük ölçüde ilgilendirmesi oldukça doğaldır.

P. Weigert, Mauna Kea'da (Hawaii, ABD) bir teleskop kullanarak 90'lı yılların başında bunu denemişti. XX yüzyıl Bu asteroitleri bulun. Gözlemleri titizdi ama başarı getirmedi. Nispeten yakın zamanda, asteroitler için otomatik arama programları, özellikle de Dünya'ya yakın asteroitleri aramak için Lincoln Projesi başlatıldı. (Lincoln Dünyaya Yakın Asteroit Araştırma projesi). Ancak henüz bir sonuç elde edemediler.

Sondaların olduğu varsayılıyor STEREO bu tür aramaları temelde farklı bir doğruluk düzeyine taşıyacaktır. Probların Lagrange noktaları civarında uçması projenin en başında planlanmış, asteroit arama programının projeye dahil edilmesinin ardından, bunların sonsuza kadar bu noktaların yakınında bırakılma ihtimali bile tartışılmıştı.

Ancak hesaplamalar, sondaları durdurmanın çok fazla yakıt tüketimi gerektireceğini gösterdi. Bu durumu göz önünde bulundurarak proje yöneticileri STEREO Uzayın bu alanlarında yavaş uçuş seçeneğine karar verdik. Bu aylar sürecek. Heliosferik kayıt cihazları sondaların üzerine yerleştirildi ve onların yardımıyla asteroitler aranacak. Öyle olsa bile, asteroitler gelecekteki görüntülerde binlerce yıldızdan oluşan bir arka plan üzerinde hareket eden noktalar olacağından, görev hala çok zor. Proje yöneticileri STEREO Ortaya çıkan görüntüleri internette görüntüleyecek amatör gökbilimcilerin arama konusunda aktif yardımına güvenin.

Uzmanlar, sondaların Lagrange noktaları çevresindeki hareketinin güvenliği konusunda oldukça endişeli. Gerçekten de, (boyutları oldukça büyük olabilen) “toz parçacıkları” ile çarpışmalar problara zarar verebilir. Uçuşlarında sondalar STEREO zaten defalarca toz parçacıklarıyla karşılaştım - günde birden birkaç bine kadar.

Yaklaşan gözlemlerin ana merakı, sondaların kaç tane asteroit "görmesi" gerektiği sorusunun tamamen belirsizliğidir. STEREO(eğer görürlerse). Yeni bilgisayar modelleri durumu daha öngörülebilir hale getirmedi: Venüs'ün yerçekimi etkisinin yalnızca asteroitleri Lagrange noktalarından “çekmekle” kalmayıp, aynı zamanda asteroitlerin bu noktalara hareketine de katkıda bulunabileceği sonucu çıkıyor. Lagrange noktalarının yakınındaki asteroitlerin toplam sayısı çok fazla değildir ("yüzlerce kişiden bahsetmiyoruz") ve bunların doğrusal boyutları, Mars ve Jüpiter arasındaki kuşaktan gelen asteroitlerin boyutlarından iki kat daha küçüktür. Tahminleri doğrulanacak mı? Beklemek için çok az zamanımız kaldı...

Makalenin materyallerine dayanarak (İngilizce'den çevrilmiştir)
S. Clark. Ağırlıksızlıkta yaşamak //Yeni Bilim Adamı. 21 Şubat 2009