نقاط لاغرانج: أماكن وقوف السيارات

رسم تخطيطي لنقاط لاغرانج الشمس والأرض

رسم تخطيطي لنقاط لاغرانج المرتبطة بنظام الشمس والأرض. (رصيد الصورة: NASA / WMAP Science Team)



نقطة لاغرانج هي موقع في الفضاء حيث قوى الجاذبية المجمعة لجسمين كبيرين ، مثل الأرض والشمس أو الأرض والقمر ، تساوي قوة الطرد المركزي التي يشعر بها جسم ثالث أصغر بكثير. يخلق تفاعل القوى نقطة توازن حيث قد تكون المركبة الفضائية 'متوقفة' لإجراء الملاحظات.



تمت تسمية هذه النقاط على اسم جوزيف لويس لاغرانج ، عالم رياضيات من القرن الثامن عشر كتب عنها في ورقة عام 1772 بشأن ما أسماه 'مشكلة الأجسام الثلاثة'. وتسمى أيضًا نقاط لاغرانج ونقاط اهتزاز.

هيكل نقاط لاغرانج

هناك خمس نقاط لاغرانج حول الأجسام الرئيسية مثل كوكب أو نجم. ثلاثة منهم تقع على طول الخط الذي يربط بين الجسدين الكبيرين. في نظام الأرض والشمس ، على سبيل المثال ، تقع النقطة الأولى ، L1 ، بين الأرض والشمس على بعد حوالي مليون ميل من الأرض. يحصل L1 على عرض متواصل للشمس ، ويشغله حاليًا مرصد الشمس والغلاف الشمسي (SOHO) ومرصد المناخ في الفضاء السحيق.



تقع L2 أيضًا على بعد مليون ميل من الأرض ، ولكن في الاتجاه المعاكس للشمس. في هذه المرحلة ، مع وجود الأرض والقمر والشمس خلفها ، يمكن للمركبة الفضائية الحصول على رؤية واضحة للفضاء السحيق. مسبار ويلكينسون لتباين الميكروويف (WMAP) موجود حاليًا في هذا المكان لقياس إشعاع الخلفية الكونية المتبقي من الانفجار العظيم. سينتقل تلسكوب جيمس ويب الفضائي إلى هذه المنطقة في عام 2018.

تقع نقطة لاغرانج الثالثة ، L3 ، خلف الشمس ، مقابل مدار الأرض. في الوقت الحالي ، لم يجد العلم أي فائدة لهذه البقعة ، على الرغم من وجود الخيال العلمي.

من غير المحتمل أن تجد ناسا أي استخدام للنقطة L3 لأنها تظل مخفية خلف الشمس في جميع الأوقات ، ناسا كتب على صفحة ويب عن نقاط لاغرانج . كانت فكرة 'Planet-X' المخفية عند النقطة L3 موضوعًا شائعًا في كتابة الخيال العلمي. لم يمنع عدم استقرار مدار الكوكب X (على مقياس زمني يبلغ 150 عامًا) هوليوود من إنتاج كلاسيكيات مثل 'The Man from Planet X'.



L1 و L2 و L3 كلها نقاط غير مستقرة ذات توازن غير مستقر. إذا انجرفت مركبة فضائية في L3 نحو الأرض أو بعيدًا عنها ، فسوف تسقط بشكل لا رجعة فيه نحو الشمس أو الأرض ، 'مثل عربة متوازنة بالكاد فوق تلة شديدة الانحدار' ، وفقًا لـ عالم الفلك نيل ديغراس تايسون . يجب أن تجري المركبة الفضائية تعديلات طفيفة للحفاظ على مداراتها.

ومع ذلك ، فإن النقطتين L4 و L5 مستقرة ، 'مثل كرة في وعاء كبير' ، وفقًا لوكالة الفضاء الأوروبية. تقع هذه النقاط على طول مدار الأرض عند 60 درجة أمام الأرض وخلفها ، وتشكل قمة مثلثين متساويين الأضلاع لهما كتل كبيرة (الأرض والشمس ، على سبيل المثال) كرؤوسهما.

بسبب ثبات هذه النقاط ، يميل الغبار والكويكبات إلى التراكم في هذه المناطق. الكويكبات التي تحيط بالنقطتين L4 و L5 تسمى أحصنة طروادة تكريما للكويكبات Agamemnon و Achilles و Hector (جميع الشخصيات في قصة حصار طروادة) التي تقع بين المشتري والشمس. صرحت وكالة ناسا بوجود الآلاف من هذه الأنواع من الكويكبات في نظامنا الشمسي ، بما في ذلك كويكب طروادة الوحيد المعروف على الأرض ، 2010 TK7.



L4 و L5 هي أيضًا نقاط محتملة لمستعمرة فضائية بسبب قربها النسبي من الأرض ، على الأقل وفقًا لكتابات جيرارد أونيل والمفكرين المرتبطين به. في السبعينيات والثمانينيات ، روجت مجموعة تسمى مجتمع L5 لهذه الفكرة بين أعضائها. في أواخر الثمانينيات ، اندمجت في مجموعة تُعرف الآن باسم جمعية الفضاء الوطنية ، وهي منظمة مناصرة تروج لفكرة تشكيل حضارات خارج الأرض.

فوائد نقاط لاغرانج

إذا كانت مركبة فضائية تستخدم نقطة لاغرانج بالقرب من الأرض ، فهناك العديد من الفوائد للموقع ، وفقًا لما قاله إيمي ماينزر من مختبر الدفع النفاث لموقع ProfoundSpace.org.

ماينزر هو الباحث الرئيسي في NEOWISE ، وهي مهمة تبحث عن كويكبات قريبة من الأرض باستخدام مستكشف مسح الأشعة تحت الحمراء واسع المجال (وايز) مركبة فضائية تدور بالقرب من كوكبنا. في حين أن WISE يعمل بشكل جيد مع مهمته الحالية التي مدتها ثلاث سنوات والتي تنتهي في عام 2016 ، قال ماينزر ، فإن مركبة فضائية موضوعة في نقطة لاغرانج ستكون قادرة على فعل المزيد.

بعيدًا عن حرارة الشمس المتداخلة وضوء الشمس ، ستكون المركبة الفضائية التي تصطاد الكويكبات عند نقطة لاغرانج أكثر حساسية لإشارات الأشعة تحت الحمراء الدقيقة من الكويكبات. يمكن أن يشير إلى مجموعة واسعة من الاتجاهات ، باستثناء قريب جدًا من الشمس. ولن يحتاج إلى سائل تبريد ليبقى باردًا ، كما كان WISE مطلوبًا للمرحلة الأولى من مهمته بين عامي 2009 و 2011 - حيث سيسمح الموقع نفسه بالتبريد الطبيعي. سيستفيد تلسكوب جيمس ويب الفضائي من البيئة الحرارية عند نقطة الشمس والأرض L2 للمساعدة في الحفاظ على البرودة.

قال ماينزر إن L1 و L2 يسمحان لك أيضًا بالحصول على عرض نطاق ترددي هائل لأن سرعات الاتصال عالية جدًا على الراديو التقليدي Ka-band. وبخلاف ذلك ، تصبح معدلات البيانات بطيئة للغاية ، على حد قولها ، لأن مركبة فضائية في مدار حول الشمس (المعروفة باسم مدار مركزية الشمس) ستنجرف في النهاية بعيدًا عن الأرض.

علم نقطة لاجرانج

توجد العديد من المراصد الفلكية والأرضية في نقاط لاغرانج ، مما يوفر نقطة مراقبة لكوكبنا وفضاءنا لا يمكنك الحصول عليها عن قرب. يقوم العلماء أيضًا بإجراء دراسات دورية للأجسام الصغيرة التي تحدث بشكل طبيعي في نقاط لاغرانج. فيما يلي بعض النتائج العلمية الحديثة:

في عام 2016 ، أصدرت وكالة ناسا مقطع فيديو للأرض تدور طوال عام كامل. استند الفاصل الزمني إلى 3000 صورة تم التقاطها كل ساعتين بواسطة كاميرا EPIC على القمر الصناعي لمرصد المناخ في الفضاء السحيق (DSCOVR) ، والذي كان في L1. إلى جانب عرض المناظر الجميلة ، يوفر EPIC للعلماء مقاييس حول المناخ مثل ارتفاع السحب أو انعكاس الأشعة فوق البنفسجية أو مستويات الأوزون والهباء الجوي.

في فبراير 2017 ، أمضت مهمة OSIRIS-REX - التي كانت في طريقها إلى الكويكب بينو - حوالي 10 أيام في البحث عن كويكبات طروادة إضافية في نقاط لاغرانج بالقرب من الأرض. قال عالم الكواكب دانتي لوريتا ، عالم الكواكب في مختبر القمر والكواكب بجامعة أريزونا ، لمجموعة استشارية علمية تابعة لوكالة ناسا في يناير: 'سيكون هذا هو الشيء الأكثر روعة الذي يمكن أن نكتشفه'. لم يكشف البحث عن أي أحصنة طروادة جديدة ، ولكن ربما ستنظر مركبات فضائية أخرى مرة أخرى في المستقبل.

تشير دراسة أجريت عام 2017 إلى أن كويكبات طروادة بالقرب من المريخ هي من الكوكب ، ولم تلتقط كويكبات من مناطق أخرى في الفضاء. المدافع الدخاني هو أن ثلاثة على الأقل من تسعة كويكبات طروادة للمريخ تحتوي على نسبة عالية من الزبرجد الزيتوني. هذا المعدن نادر في الكويكبات ، ولكنه شائع في الأجسام الكبيرة (بما في ذلك المريخ ، الذي يوجد به في أحواض التصادم). بينما تمتلك الأرض والزهرة أوليفين أيضًا ، أخبر المؤلف الرئيسي ديفيد بولشوك ، الباحث في معهد وايزمان في إسرائيل ، موقع ProfoundSpace.org أنه من الأسهل على المريخ التقاط الكويكبات من سطحه.

ساهم محرر المرجع Tim Sharp في هذا المقال.

مصادر إضافية