天体力学与引力

拉格朗日点

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在两个互相绕转的大天体的引力中——比如太阳和地球——有没有什么地方,让一个小物体能停在那里、恰好跟上步伐,既不落后也不抢先?出人意料地,有:恰好存在五个这样的平衡点。它们就是拉格朗日点,是运动引力场中的泊位,那里的拉力与轨道运动合谋,把一个小天体相对两个巨物稳稳托住。

在拉格朗日点,两个大天体的合成引力恰好提供以与这对天体相同速率绕转所需的力,所以放在那里的飞船与它们共转,在旋转参考系中保持不动。其中三个点(L1、L2、L3)位于穿过两个天体的连线上——L1 在两者之间、L2 在较小天体之外不远处、L3 在较大天体的另一侧。另外两个(L4 与 L5)位于较小天体前方和后方各 60 度处,即与两个质量构成等边三角形的顶点上。

这些点是绝佳的宇宙地产。日地之间的 L1 能无遮挡地观测太阳(太阳观测台的所在);L2 提供一个背向太阳、稳定且被遮蔽的栖息处(詹姆斯·韦伯和盖亚望远镜就在那里)。关键是 L4 与 L5 是稳定的——小小的推动只会让天体围绕该点轻柔打转,而非漂走——这就是为什么成群的特洛伊小行星被困在木星的 L4 和 L5,永远与它共享轨道。

一百多万颗特洛伊小行星与木星共享轨道,被牧入其 L4 与 L5 点的两大云团中——在行星前方和后方各 60 度处——稳定地停留了太阳系一生之久。

大自然把稳定的拉格朗日点当作整批小行星的长期停车场。

只有 L4 与 L5 是真正稳定的;L1、L2、L3 是不稳定的鞍点,所以那里的飞船必须做小幅周期性的轨道修正才能不漂走——它们像立在笔尖上的铅笔,而非安放在碗中。

又称
L-pointslibration points平动点拉格朗日點 L1–L5