如何通俗地解释「拉格朗日点」?
拉格朗日点就是在大型天体之间那些引力平衡的,且能让小行星做稳定圆周运动的点。也就是一个小物体在两个大物体的引力作用下在空间中的一点,在该点处,小物体相对于两大物体基本保持静止。
各个恒星系统中都存在拉格朗日点,以日地系统为例,五个拉格朗日点有3个位于太阳和地球的连线上,其中,L1点位于太阳和地球中间,L2点位于地球的后方位置,而L3点则位于太阳一侧,从地球上无法直接看到,而L4和L5点则分别位于地球两侧,与太阳、地球形成了一个等边三角形。
拉格朗日点其他情况简介。
在天体力学中,拉格朗日点是限制性三体问题的5个特解。例如,两个天体环绕运行,在空间中有5个位置可以放入第三个物体(质量忽略不计),并使其保持在两个天体的相应位置上。理想状态下,两个同轨道物体以相同的周期旋转,两个天体的万有引力提供在拉格朗日点需要的向心力,使得第三个物体与前两个物体相对静止。
拉格朗日点是什么
又称平动点,在天体力学中是限制性三体问题的五个特解。一个小物体在两个大物体的引力作用下在空间中的一点,在该点处,小物体相对于两大物体基本保持静止。这些点的存在由瑞士数学家欧拉于1767年推算出前三个,法国数学家拉格朗日于1772年推导证明剩下两个。1906年首次发现运动于木星轨道上的小行星(见特洛依群小行星)在木星和太阳的作用下处于拉格朗日点上。在每个由两大天体构成的系统中,按推论有5个拉格朗日点,但只有两个是稳定的,即小物体在该点处即使受外界引力的摄扰,仍然有保持在原来位置处的倾向。每个稳定点同两大物体所在的点构成一个等边三角形。
什么是拉格朗日点?它有何科学意义?
北京时间3月15日13时29分,我国嫦娥五号轨道器成功被日地L1点捕获,成为我国首颗进入日地L1点探测轨道的航天器。目前,轨道器对地距离93.67万公里,运行一圈的时间是6个月。那么,什么是日地L1点?对航天器来说,日地L1点究竟有何意义?
日地L1点,其正式的科学名称是“拉格朗日1点”(Lagrange Points L1)。18世纪后半期,瑞士数学家欧拉发现,在一个行星系统中,存在3个点,位于这3个点上的小天体相对于其他两个大型天体而言,其位置基本保持稳定,随后,意大利天文学家和数学家约瑟夫·拉格朗日在研究中发现,除了以上3个点之外,事实上还存在另外两个点,位于这两个点上的天体相对于两个大型天体,它们的位置也保持基本一致。这5个点就被称为“拉格朗日点”,它们分别是L1、L2、L3、L4和L5 。我国嫦娥五号轨道器成功进入的就是拉格朗日L1点。
各个恒星系统中都存在拉格朗日点,以日地系统为例,五个拉格朗日点有3个位于太阳和地球的连线上,其中,L1点位于太阳和地球中间,L2点位于地球的后方位置,而L3点则位于太阳一侧,从地球上无法直接看到,而L4和L5点则分别位于地球两侧,与太阳、地球形成了一个等边三角形。
在五个拉格朗日点中,前3个位置不太稳定,就像一个位于山巅的球体一样,稍有风吹草动,就可能从山上滚下去。因此,位于这3个位置的航天器需要不断进行轨道修正,而L4和L5则与此不同,位于这两个点的天体几乎可以高枕无忧,就航天器而言,它们只需要很少的燃料就可以保持轨道稳定。形象地来说,位于L4和L5的天体,就像是一个大碗中的滚珠,它们会围绕碗底旋转而不会跑出来。
拉格朗日点的发现,是天体物理学的一个重大理论成果,已经成为现代天文学的一个基础理论,无论是在天体物理学研究,还是航空航天领域内,都具有极其重大的科学意义。
从天体物理学的角度看,拉格朗日点被发现后,天文学家认为在一个恒星系统中的5个拉格朗日点上,应该存在大量的天体。按照这个思路,天文学家已经在太阳系的多个行星系统中发现了大量此前未被发现或者观测到的小行星。比如,在木星的L4和L5两个拉格朗日点上,就发现了大量的特洛伊小行星,数量超过2000个。
从航空航天的角度看,拉格朗日点发现,极大地推动了现代航天科学的进步。由于位于拉格朗日点的航天器只需要很少的燃料就可以维持轨道稳定,因此,这5个拉格朗日点成为航天器的首选目的地,并且,5个拉格朗日点的不同位置,对于不同的航天器来说,也具有不同的优势。
比如在L1点上,航天器可以获得不间断的太阳观测视野,是太阳观测卫星的理想轨道位置;L2点距离地球更近,可以为航天器提供最佳的通信支持,并且该点的特殊性,使得这里成为天文观测的最佳轨道。美国宇航局和欧空局的下一代太空望远镜詹姆斯韦伯太空望远镜,就会被部署到L2点上。目前,在L1和L2点上曾经工作过和正在工作的航天器超过14个,主要来自于欧美科研机构,嫦娥五号轨道器是我国第一个进入该点的航天器。
拉格朗日点中最著名的是L5点。1974年9月,美国物理学家杰瑞德·K·欧尼尔在《今日物理》杂志发表一篇论文《空间的殖民化》,讨论了在该点建立一个人类太空殖民地的设想。尽管该设想至今未能实现,但是随着现代航空航天科学的发展,L5或可能成为人类未来星际殖民的试验场。从长远看,L5点的殖民化设想,要比马斯克追求的火星殖民具有更加重大的意义。
拉格朗日点是什么?具体解释一下
拉格朗日点
一个小物体在两个大物体的引力作用下在空间中的一点,在该点处,小物体相对于两大物体基本保持静止。这些点的存在由法国数学家拉格朗日于1772年推导证明的。1906年首次发现运动于木星轨道上的小行星(见脱罗央群小行星)在木星和太阳的作用下处于拉格朗日点上。在每个由两大天体构成的系统中,按推论有5个拉格朗日点,但只有两个是稳定的,即小物体在该点处即使受外界引力的摄扰,仍然有保持在原来位置处的倾向。每个稳定点同两大物体所在的点构成一个等边三角.
在天体力学中,拉格朗日点是限制性三体问题的5个特解。例如,两个天体环绕运行,在空间中有5个位置可以放入第三个物体(质量忽略不计),并使其保持在两个天体的相应位置上。理想状态下,两个同轨道物体以相同的周期旋转,两个天体的万有引力与离心力在拉格朗日点平衡,使得第三个物体与前两个物体相对静止。
万有引力客观题:拉格朗日点
如图,拉格朗日点 , 位于地球和月球连线上,处在该点的物体在地球月球和月球引力的共同作用下,可与月球一起以相同的周期绕地球运动。据此,科学家设想在拉格朗日点 ,建立空间站,使其与月球同周期绕地球运动。以 分别表示该空间站和月球向心加速度的大小, 表示地球同步卫星向心加速度的大小。以下判断正确的是
【解析】
注意下面这句话:
这句话意味着:空间 站与月球 的周期相同,角速度相同。用公式来表达:
另一方面,
加速度可根据以下公式求出:
∴
地球同步卫星与月球比较,周期不同,轨道半径也不同,所以我们用另外一个公式:
结论: ; 选项 D 正确.
2011 年 8 月,"嫦娥二号"成功进入了环绕"日地拉格朗日点"的轨道,我国成为世界上第三个造访该点的国家。如图所示,该拉格朗日点位于太阳和地球连线的延长线上,一飞行器处于该点,在几乎不消耗燃料的情况下与地球同步绕太阳做圆周运动,则此飞行器的
(A)线速度大于地球的线速度
(B)向心加速度大于地球的向心加速度
(C)向心力仅由太阳的引力提供
(D)向心力仅由地球的引力提供
【解析】
以 分别代表地球和「嫦娥二号」飞船.
∵ ,
∴ ,
选项 A、B 正确;
「嫦娥二号」同时受到太阳和地球的万有引力,而且都是不可忽略的。正是由于同时受到地球和太阳的引力作用,它的周期 才会与地球相同。
选项C和选项D错误。
结论:选项A、B正确;选项C、D错误.
钟情拉格朗日点
在灿烂的星海之下,刺破漆黑的宇宙,总有你我看不到的特殊存在。在自然界各种运动系统中都存在的拉格朗日点以其特有的稳定,让我钟情。
Liberation Point,拉格朗日点,或称平动点。熟悉英文的小伙伴估计已经发现,Lagrange这个拼写并不是英文。没错, 拉格朗日点是以法国籍意大利裔数学家和天文学家约瑟夫•拉格朗日命名 ,对于学习天文学和现代力学的人来说,拉格朗日的名字可谓如雷贯耳,拉格朗日方程可谓是现代力学的核心,为后续的天体力学和分析力学奠定了基础。
在拉格朗日一生诸多成就当中, 对天文学的最大贡献莫过于对限制性三体问题的研究以及提出的5个特殊解 ,后人为纪念拉格朗日将这5个特殊解以他的名字命名,拉格朗日点因此而来。
根据拉格朗日的理论,L1,L2和L3三点因不稳定不会存在天然形成的天体,但L4和L5上则会存在 。随后的太空观测证实了此理论,土卫三(Tethys)和土星的L4点有土卫十三(Telesto),L5点则有土卫十四(Calypso)。土卫四(Dione)和土星的L4点有土卫十二(Helene),L5点则有土卫三十四(Polydeuces)。2010年天文学家在地日L4点上发现了小行星2010TK7,是人类发现的第一颗和地球共用公转轨道的小行星。
拉格朗日点的天然能量稳定让进入此点的太空飞行器可只需少量,甚至不需要燃料便可维持自身轨道 。
在《三体》中,云天明的三个寓言就是在拉格朗日点讲述的。地球与太阳间的拉格朗日点,按照云天明的解释这是一种象征,一种平衡。它代表地球与外太空,准确的说是人类与三体间的平衡。看似缥缈的三个寓言,不仅是宇宙文明间人所共知的事情,蕴含了不可言传的三体秘密,更是云天明对程心的心愿流露。
曾经悄悄送了她一颗星星(DX3906),又甘愿安乐死并配合她的阶梯计划将大脑送入三体世界,冒着万劫不复的风险约会于拉格朗日点讲述三个寓言故事,在流浪文明消逝的时候送她No.647小宇宙使之逃离了太阳系二维化打击。
于是,我开始钟情于拉格朗日点。