Být uvězněný tady na Zemi, na dně této obrovské gravitační studny, je opravdu na hovno. Množství energie, které je potřeba k útěku do tmy, by přimělo i kapitána Reynoldse proklínat gorramskou bouři.
Ale gravitace má legrační způsob, jak vyrovnat skóre, dává a bere stejnou měrou.
Ve vesmíru jsou zvláštní místa, kde se gravitační síly pěkně vyrovnávají. Místa, která by chytrá a ambiciózní Sluneční soustava zahrnující civilizaci mohla využít k tomu, aby dosáhla na průzkum vesmíru.
Pět Lagrangeových bodů Slunce-Země. Kredit: NOAA
Ty jsou známé jako Lagrangeovy body nebo Lagrangeovy body nebo librační body nebo jen L-body. Jsou pojmenovány po francouzském matematikovi Josephu-Louisi Lagrangeovi, který v roce 1772 napsal „Esej o problému tří těles“. Ve skutečnosti rozšiřoval matematiku Leonharda Eulera.
Euler objevil první tři Lagrangeovy body, i když nejsou po něm pojmenovány, a pak Lagrange objevil další dva.
Ale co jsou zač?
Když vezmete v úvahu gravitační interakci mezi dvěma masivními objekty, jako je Země a Slunce, nebo Země a Měsíc nebo Hvězda smrti a Alderaan. Vlastně udělej ten poslední příklad…
Jak jsem říkal, když máte dva masivní objekty, jejich gravitační síly se dokonale vyrovnají na 5 místech. Na každém z těchto 5 míst můžete umístit relativně nízkou hmotnost satelitu a udržet jeho polohu s velmi malým úsilím.
Slunce-Země Lagrangeovy body. Kredit: Xander89/Wikimedia Commons
Například byste mohli zaparkovat vesmírný dalekohled nebo orbitální kolonii a k udržení její polohy byste potřebovali velmi málo energie, nebo dokonce nulovou.
Nejznámější a nejzřetelnější z nich je L1. Toto je bod, který je vyvážený mezi gravitační přitažlivostí dvou objektů. Můžete například umístit satelit trochu nad povrch Měsíce. Gravitace Země ji přitahuje k Měsíci, ale gravitace Měsíce působí proti přitažlivosti Země a satelit nepotřebuje k udržení polohy mnoho paliva.
Mezi Zemí a Měsícem je bod L1 a jiný bod mezi Zemí a Sluncem a jiný bod mezi Sluncem a Jupiterem atd. Body L1 jsou všude.
L2 se nachází na stejné čáře jako hmota, ale na odvrácené straně. Takže byste dostali Slunce, Zemi, bod L2. V tuto chvíli se pravděpodobně ptáte, proč kombinovaná gravitace dvou masivních objektů netáhne jen ten ubohý satelit k Zemi.
Je důležité přemýšlet o orbitálních trajektoriích. Satelit v tomto bodě L2 bude na vyšší oběžné dráze a dalo by se očekávat, že bude zaostávat za Zemí, protože se kolem Slunce pohybuje pomaleji. Ale gravitační přitažlivost Země ji táhne dopředu a pomáhá ji udržet v této stabilní poloze.
Animace znázorňující vztah mezi Lagrangeovými body (červená) planety (modrá) obíhající hvězdu (žlutá) a gravitačním potenciálem v rovině obsahující oběžnou dráhu (šedý povrch s fialovými obrysy stejného potenciálu). Kredit: cmglee (CC-SA 3.0)
Budete chtít hrát hodně Kerbal Space Program, abyste si z toho pořádně zamotali hlavu. Váš čas No Man’s Sky vám bohužel vůbec nepomáhá, kromě toho, že vás naučí, že hyperpohony jsou notoricky vybíravé a nikdy nebudete mít dost místa v inventáři.
L3 se nachází na přímo opačné straně systému. Opět platí, že gravitační síly mezi dvěma hmotami se vyrovnají, takže třetí objekt si zachovává stejnou oběžnou rychlost. Například satelit v bodě L3 by vždy zůstal přesně skrytý Sluncem.
Počkej, vydrž, vím, že ti teď hlavou prochází milion myšlenek, ale měj se mnou.
Existují dva další body, body L4 a L5. Ty jsou umístěny před a za méně hmotným objektem na oběžné dráze. Mezi těmito dvěma hmotami vytvoříte rovnostranný trojúhelník a třetí bod trojúhelníku je bod L4, otočte trojúhelník vzhůru nohama a je tu L5.
Nyní je důležité poznamenat, že první 3 Lagrangeovy body jsou gravitačně nestabilní. Jakýkoli satelit, který se tam nachází, se nakonec odkloní od stability. Potřebují tedy nějaký druh trysek k udržení této pozice.
Představte si vysokou hladkou horu s ostrým vrcholem. Umístěte bowlingovou kouli úplně nahoru a nebudete potřebovat mnoho energie, abyste ji udrželi na tomto místě. Ale vanoucí vítr ho nakonec srazí z místa a dolů z hory. To je L1, L2 a L3, a proto nevidíme žádné přírodní objekty umístěné v těchto místech.
Ale L4 a L5 jsou ve skutečnosti stabilní. Je to opačná situace, hluboké údolí, do kterého má bowlingová koule tendenci spadnout. Asteroidy najdeme v přirozených polohách L4 a L5 u větších planet, jako je Jupiter. Toto jsou trojské asteroidy, uvězněné v těchto přirozených gravitačních studnách prostřednictvím gravitační interakce Jupitera a Slunce.
Umělecký diagram Jupitera a některých trojských asteroidů poblíž plynného obra. Poděkování: NASA/JPL-Caltech
K čemu tedy můžeme použít Lagrangeovy body? Existují všechny druhy aplikací pro průzkum vesmíru a v různých bodech Země-Slunce a Země-Měsíc je již několik satelitů.
Sun-Earth L1 je skvělé místo pro umístění slunečního dalekohledu, kde je o něco blíže Slunci, ale může s námi vždy komunikovat zpět na Zemi.
Vesmírný dalekohled Jamese Webba je určen pro Slunce-Země L2, která se nachází asi 1,5 milionu km od Země. Odtud se jasné Slunce, Země a Měsíc schoulí na malém místě na obloze, takže zbytek vesmíru je volný pro pozorování.
Teleskop Jamese Webba NASA, zobrazený v koncepci tohoto umělce, poskytne více informací o dříve detekovaných exoplanetách. Bude to na Sun-Earth L2.
Earth-Moon L1 je perfektní místo pro umístění lunární čerpací stanice, místo, které se může dostat na Zemi nebo na Měsíc s minimálním palivem.
Snad nejvíce sci-fi nápad je umístit obrovské rotující vesmírné stanice O'Neill Cylinder do bodů L4 a L5. Na oběžné dráze by byly dokonale stabilní a bylo by relativně snadné se k nim dostat. Byla by to ideální místa pro zahájení kolonizace Sluneční soustavy.
Díky gravitaci. Děkujeme, že interagujete všemi podivnými způsoby, které děláte, a vytváříte tyto odrazové můstky, které můžeme použít, když se dostaneme nahoru a ven z naší planety, abychom se stali skutečnou sluneční soustavou zahrnující civilizaci.
Podcast (audio): Stažení (Trvání: 7:42 – 2,7 MB)
Předplatit: Apple podcasty | RSS
Podcast (video): Stažení (Trvání: 7:44 – 101,2 MB)
Předplatit: Apple podcasty | RSS
