Lagrange Points: Parkplätze
Diagramm der Lagrange-Punkte, die mit dem Sonne-Erde-System verbunden sind. (Bildnachweis: NASA / WMAP-Wissenschaftsteam)
Ein Lagrange-Punkt ist ein Ort im Weltraum, an dem die kombinierten Gravitationskräfte zweier großer Körper, wie Erde und Sonne oder Erde und Mond, der Zentrifugalkraft eines viel kleineren dritten Körpers entsprechen. Die Wechselwirkung der Kräfte schafft einen Gleichgewichtspunkt, an dem ein Raumfahrzeug „geparkt“ werden kann, um Beobachtungen zu machen.
Diese Punkte sind nach Joseph-Louis Lagrange benannt, einem Mathematiker aus dem 18. Sie werden auch Lagrange-Punkte und Libration-Punkte genannt.
Struktur der Lagrange-Punkte
Es gibt fünf Lagrange-Punkte um große Körper wie einen Planeten oder einen Stern. Drei von ihnen liegen entlang der Verbindungslinie der beiden großen Körper. Im Erde-Sonne-System zum Beispiel liegt der erste Punkt, L1, zwischen Erde und Sonne, etwa 1 Million Meilen von der Erde entfernt. L1 hat einen ununterbrochenen Blick auf die Sonne und wird derzeit von der Sonnen- und Heliosphären-Observatorium (SOHO) und das Deep Space Climate Observatory.
L2 liegt auch eine Million Meilen von der Erde entfernt, aber in der entgegengesetzten Richtung der Sonne. An diesem Punkt, mit der Erde, dem Mond und der Sonne dahinter, kann ein Raumschiff einen klaren Blick in den Weltraum bekommen. Die Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP) der NASA misst derzeit an dieser Stelle die kosmische Hintergrundstrahlung, die vom Urknall übrig geblieben ist. Das James Webb Space Telescope wird 2018 in diese Region einziehen.
Der dritte Lagrange-Punkt, L3, liegt hinter der Sonne, gegenüber der Erdbahn. Im Moment hat die Wissenschaft keine Verwendung für diesen Spot gefunden, obwohl die Science-Fiction eine hat.
Die NASA wird wahrscheinlich keine Verwendung für den L3-Punkt finden, da er die ganze Zeit hinter der Sonne verborgen bleibt, NASA schrieb auf einer Webseite über Lagrange-Punkte . Die Idee eines versteckten 'Planet-X' am Punkt L3 ist ein beliebtes Thema im Science-Fiction-Schreiben. Die Instabilität der Umlaufbahn von Planet X (auf einer Zeitskala von 150 Jahren) hinderte Hollywood nicht daran, Klassiker wie 'The Man from Planet X' herauszubringen.
L1, L2 und L3 sind allesamt instabile Punkte mit prekärem Gleichgewicht. Wenn ein Raumschiff auf L3 auf die Erde zu oder von ihr wegdrifte, würde es irreversibel auf die Sonne oder die Erde zufallen, 'wie ein kaum ausbalancierter Wagen auf einem steilen Hügel', so Astronom Neil DeGrasse Tyson . Raumfahrzeuge müssen geringfügige Anpassungen vornehmen, um ihre Umlaufbahnen beizubehalten.
Die Punkte L4 und L5 sind jedoch stabil, 'wie eine Kugel in einer großen Schüssel', so die Europäische Weltraumorganisation. Diese Punkte liegen entlang der Erdumlaufbahn 60 Grad vor und hinter der Erde und bilden die Spitze zweier gleichseitiger Dreiecke, deren Scheitel die großen Massen (Erde und Sonne zum Beispiel) haben.
Aufgrund der Stabilität dieser Punkte sammeln sich Staub und Asteroiden in diesen Regionen an. Asteroiden, die die Punkte L4 und L5 umgeben, werden zu Ehren der Asteroiden Agamemnon, Achilles und Hector (alle Charaktere in der Geschichte der Belagerung von Troja) Trojaner genannt, die sich zwischen Jupiter und der Sonne befinden. Die NASA gibt an, dass in unserem Sonnensystem Tausende dieser Arten von Asteroiden gefunden wurden, einschließlich des einzigen bekannten Trojanischen Asteroiden der Erde, 2010 TK7.
L4 und L5 sind aufgrund ihrer relativen Nähe zur Erde auch mögliche Punkte für eine Weltraumkolonie, zumindest nach den Schriften von Gerard O'Neill und verwandten Denkern. In den 1970er und 1980er Jahren förderte eine Gruppe namens L5 Society diese Idee unter ihren Mitgliedern. In den späten 1980er Jahren fusionierte sie zu einer Gruppe, die heute als National Space Society bekannt ist, eine Interessenvertretungsorganisation, die die Idee fördert, Zivilisationen jenseits der Erde zu bilden.
Vorteile von Lagrange-Punkten
Wenn ein Raumschiff einen erdnahen Lagrange-Punkt verwendet, hat der Standort viele Vorteile, sagte Amy Mainzer vom Jet Propulsion Laboratory gegenüber guesswhozoo.com.
Mainzer ist leitender Forscher von NEOWISE, einer Mission, die mit Hilfe der Weitfeld-Infrarot-Umfrage-Explorer (WISE) Raumsonde, die in der Nähe unseres Planeten umkreist. Während WISE mit seiner aktuellen dreijährigen Mission, die im Jahr 2016 endet, gut abschneidet, sagte Mainzer, könnte eine an einem Lagrange-Punkt platzierte Raumsonde mehr leisten.
Weit entfernt von der störenden Hitze und dem Licht der Sonne wäre ein Asteroidenjagd-Raumschiff an einem Lagrange-Punkt empfindlicher für die winzigen Infrarotsignale von Asteroiden. Es könnte in eine Vielzahl von Richtungen zeigen, außer sehr nahe an der Sonne. Und es würde kein Kühlmittel benötigen, um kühl zu bleiben, wie es WISE für die erste Phase seiner Mission zwischen 2009 und 2011 benötigte – der Standort selbst würde eine natürliche Kühlung ermöglichen. Das James Webb-Weltraumteleskop wird die thermische Umgebung am Punkt Sonne-Erde L2 nutzen, um kühl zu bleiben.
L1 und L2 ermöglichen auch eine enorme Bandbreite, da die Kommunikationsgeschwindigkeiten über herkömmlichem Ka-Band-Funk sehr hoch sind, sagte Mainzer. Andernfalls würden die Datenraten nur sehr langsam, sagte sie, da ein Raumfahrzeug im Orbit um die Sonne (bekannt als heliozentrischer Orbit) schließlich weit von der Erde abdriften würde.
Lagrange-Punkt-Wissenschaft
Mehrere astronomische und Erdobservatorien befinden sich an Lagrange-Punkten und bieten einen Aussichtspunkt auf unseren Planeten und den Weltraum, den Sie aus der Nähe nicht erreichen können. Wissenschaftler führen auch regelmäßige Studien von kleinen Körpern durch, die natürlich an Lagrange-Punkten vorkommen. Hier einige aktuelle wissenschaftliche Ergebnisse:
Im Jahr 2016 veröffentlichte die NASA ein Video, in dem sich die Erde ein ganzes Jahr lang dreht. Der Zeitraffer basiert auf 3.000 Bildern, die alle zwei Stunden von der EPIC-Kamera auf dem Satelliten Deep Space Climate Observatory (DSCOVR) auf L1 aufgenommen wurden. EPIC zeigt nicht nur hübsche Ansichten, sondern liefert Wissenschaftlern auch Metriken zum Klima wie Wolkenhöhe, ultraviolettes Reflexionsvermögen oder Ozon- und Aerosolspiegel.
Im Februar 2017 verbrachte die Mission OSIRIS-REX – damals auf dem Weg zum Asteroiden Bennu – etwa 10 Tage damit, in erdnahen Lagrange-Punkten nach weiteren trojanischen Asteroiden zu suchen. 'Das wäre das Faszinierendste, was wir entdecken könnten', sagte der leitende Wissenschaftler der Mission, Dante Lauretta, ein Planetenwissenschaftler am Lunar and Planetary Laboratory der University of Arizona, im Januar einer wissenschaftlichen Beratungsgruppe der NASA. Die Suche ergab keine neuen Trojaner, aber vielleicht werden andere Raumschiffe in Zukunft wieder suchen.
Eine Studie aus dem Jahr 2017 legt nahe, dass trojanische Asteroiden in der Nähe des Mars vom Planeten stammen und keine eingefangenen Asteroiden aus anderen Regionen des Weltraums. Die rauchende Waffe ist, dass mindestens drei der neun trojanischen Asteroiden des Mars reich an Olivin sind. Dieses Mineral ist in Asteroiden selten, aber auf größeren Körpern (einschließlich des Mars, der es in Einschlagsbecken hat) häufig. Während Erde und Venus auch Olivin haben, sagte Hauptautor David Polishook, ein Forscher am Weizmann-Institut in Israel, gegenüber guesswhozoo.com, dass es für den Mars viel einfacher ist, Asteroiden von seiner eigenen Oberfläche einzufangen.
Der Referenzredakteur Tim Sharp hat zu diesem Artikel beigetragen.
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