中國航天器日地l1點成功捕獲,航天器的 小天體

北京時間3月15日13時29分,我國嫦娥五號軌道器成功被日地L1點捕獲,成為我國首顆進入日地L1點探測軌道的航天器。目前,軌道器對地距離93。67萬公里,執行一圈的時間是6個月。那麼,什麼是日地L1點?對航天器來說,日地L1點究竟有何意義?

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拉格朗日點

日地L1點,其正式的科學名稱是“拉格朗日1點”(Lagrange Points L1)。18世紀後半期,瑞士數學家尤拉發現,在一個行星系統中,存在3個點,位於這3個點上的小天體相對於其他兩個大型天體而言,其位置基本保持穩定,隨後,義大利天文學家和數學家約瑟夫·拉格朗日在研究中發現,除了以上3個點之外,事實上還存在另外兩個點,位於這兩個點上的天體相對於兩個大型天體,它們的位置也保持基本一致。這5個點就被稱為“拉格朗日點”,它們分別是L1、L2、L3、L4和L5 。我國嫦娥五號軌道器成功進入的就是拉格朗日L1點。

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各個恆星系統中都存在拉格朗日點,以日地系統為例,五個拉格朗日點有3個位於太陽和地球的連線上,其中,L1點位於太陽和地球中間,L2點位於地球的後方位置,而L3點則位於太陽一側,從地球上無法直接看到,而L4和L5點則分別位於地球兩側,與太陽、地球形成了一個等邊三角形。

在五個拉格朗日點中,前3個位置不太穩定,就像一個位于山巔的球體一樣,稍有風吹草動,就可能從山上滾下去。因此,位於這3個位置的航天器需要不斷進行軌道修正,而L4和L5則與此不同,位於這兩個點的天體幾乎可以高枕無憂,就航天器而言,它們只需要很少的燃料就可以保持軌道穩定。形象地來說,位於L4和L5的天體,就像是一個大碗中的滾珠,它們會圍繞碗底旋轉而不會跑出來。

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拉格朗日

拉格朗日點的科學意義

拉格朗日點的發現,是天體物理學的一個重大理論成果,已經成為現代天文學的一個基礎理論,無論是在天體物理學研究,還是航空航天領域內,都具有極其重大的科學意義。

從天體物理學的角度看,拉格朗日點被發現後,天文學家認為在一個恆星系統中的5個拉格朗日點上,應該存在大量的天體。按照這個思路,天文學家已經在太陽系的多個行星系統中發現了大量此前未被發現或者觀測到的小行星。比如,在木星的L4和L5兩個拉格朗日點上,就發現了大量的特洛伊小行星,數量超過2000個。

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從航空航天的角度看,拉格朗日點發現,極大地推動了現代航天科學的進步。由於位於拉格朗日點的航天器只需要很少的燃料就可以維持軌道穩定,因此,這5個拉格朗日點成為航天器的首選目的地,並且,5個拉格朗日點的不同位置,對於不同的航天器來說,也具有不同的優勢。

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L1點示意圖

比如在L1點上,航天器可以獲得不間斷的太陽觀測視野,是太陽觀測衛星的理想軌道位置;L2點距離地球更近,可以為航天器提供最佳的通訊支援,並且該點的特殊性,使得這裡成為天文觀測的最佳軌道。美國宇航局和歐空局的下一代太空望遠鏡詹姆斯韋伯太空望遠鏡,就會被部署到L2點上。目前,在L1和L2點上曾經工作過和正在工作的航天器超過14個,主要來自於歐美科研機構,嫦娥五號軌道器是我國第一個進入該點的航天器。

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拉格朗日點中最著名的是L5點。1974年9月,美國物理學家傑瑞德·K·歐尼爾在《今日物理》雜誌發表一篇論文《空間的殖民化》,討論了在該點建立一個人類太空殖民地的設想。儘管該設想至今未能實現,但是隨著現代航空航天科學的發展,L5或可能成為人類未來星際殖民的試驗場。從長遠看,L5點的殖民化設想,要比馬斯克追求的火星殖民具有更加重大的意義。

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