詹姆斯韋伯太空望遠鏡的運行軌道為什麼在距離地球150萬公里的第二拉格朗日點?


拉格朗日點解釋:兩大物體引力作用下,能夠使小物體穩定的點。 一個小物體在兩個大物體的引力作用下在空間中的一點,在該點處,小物體相對於兩大物體基本保持靜止。這些點的存在由法國數學家拉格朗日於1772年推導證明的。1906年首次發現運動於木星軌道上的小行星(見特洛依群小行星)在木星和太陽的作用下處於拉格朗日點上。在每個由兩大天體構成的系統中,按推論有5個拉格朗日點,但只有兩個是穩定的,即小物體在該點處即使受外界引力的攝擾,仍然有保持在原來位置處的傾向。每個穩定點同兩大物體所在的點構成一個等邊三角形。

繞著地球轉還是有干擾,今後越來越多的天文望遠鏡會選者放在拉格朗日點。

大家知道,地球繞太陽一圈時間是一年(公轉周期),在地球軌道外的星球,因離太陽遠,繞太陽公轉時間就會更長一些,相反,離太陽近的星球(水星、金星)繞太陽一圈時間就比一年少,如太陽系中離太陽最近的水星公轉周期為87.7天。顯然,太陽系中行星公轉周期與公轉軌道半徑有關,半徑越大,公轉周期越長,半徑越小,公轉周期就越短。

行星公轉周期隨軌道半徑增大而增大
現在反問一句:「太陽系中公轉周期為一年的星體軌道半徑是多大呢?」這個問題看似簡單,顯然是「與地球軌道半徑一樣」,因為地球公轉周期就是一年呀。這樣回答是錯誤的!
實際上,要真是在地球軌道上再放一個物體,由於受到地球的影響,公轉周期就不是一年,除非將地球拿走。在地球存在的情況下,能滿足問題條件的特殊點共有5處,就是拉格朗日點了,分別記作L1、L2、L3、L4、L5,這5個點前三個實際上是由歐拉發現的,法國數學家拉格朗日後來又證明了L4、L5的存在,現在人們都將這5個點統稱為拉格朗日點了。

L1比地球距太陽近,太陽的引力更大,按理應公轉得更快,公轉周期要短於一年。但現在是有一個地球,他對該點的物體也有引力,這樣就「抵消」了太陽引力 一部分,使得該點公轉速度放慢,這樣就可能與地球公轉時間一樣了。
L2點是日地延長線上,比地球距離太陽更遠,太陽的引力對L2點就減弱,但由於有地球幫忙,引力增大了,公轉速度就加快,也就有機會與地球一樣公轉時間一致了。
L3點也在日地連線上,距離太陽距離比地球軌道稍遠,其原理與L2類似。這點離地球遠,受到地球影響較小,所以軌道只是比地球稍遠一點。
L4、L5與日地基本構成等邊三角形,但這兩點與日地不共線,平衡原理應有區別吧?!這也就是拉格朗日的偉大之處吧,但能夠將這兩點找出來。有意思的是,L1、L2、L3的平衡是不穩定的,小物體一旦離開這個位置,就會一去不復返,但在L4、L5點平衡要穩定得多,離開這個位置,物體會在其附近震蕩,不會跑開,在太陽—木星的這兩點,聚集了大量的小行星,太陽—地球的這兩點位置沒有發現天體,但有灰塵聚集。

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