嫦娥五號返回器攜帶月球樣品返回地球后,留在太空的軌道器的任務卻還沒有結束,它將啟程飛往距離地球約150萬公里的日地拉格朗日L1點。
嫦娥五號軌道器飛往日地拉格朗日L1點,將執行什麼任務,為什麼說和三體有關。
拉格朗日點是什麼?拉格朗日點其實就是三體問題的特殊解,“三體問題”是天體力學中的基本力學模型。它是指三個質量、初始位置和初始速度都是任意的可視為質點的天體,在相互之間萬有引力的作用下的運動規律問題,因為天體之間的變數太多,所以這樣就存在著無數種的運動軌跡,三體問題也被稱為永遠無解的難題。
劉慈欣的小說《三體》,故事的展開其實也是來自於三體問題,在距離地球4光年之外的半人馬座上,有一個由三顆恆星和一顆行星所組成的恆星系統。這三顆恆星的質量以及彼此之間的距離基本相等,在互相的引力作用下,形成了一個“三體”模型,但三個恆星又處於無規律運轉狀態,而這就帶來了氣候的不穩定性,物種的混亂,且完全無法預測未來的天氣走向,造成行星上智慧生命不斷地重生和毀滅。
而三體星人最終明白三體問題不可解,只有飛向宇宙尋找新家園,才能讓三體文明持續下去。 故事就由此展開。
雖然“三體問題”永遠無解了,但是科學家把三個天體看作三個質點,認為其中一個質點的質量非常小,它對其它兩個質點的萬有引力可以忽略。這樣一來,三體問題就簡化成了“限制性三體問題”。
早在1772年,法國數學家拉格朗日對限制性三體問題的研究,他發現如果某一時刻,三個運動物體恰恰處於等邊三角形的三個頂點,那麼給定初速度,它們將始終保持等邊三角形隊形運動。這個問題其實是有五個解的,分別是L1、L2、L3、L4、L5。而且每個由兩大天體構成的系統中都存在5個動平衡點(特殊解), 稱為“拉格朗日點”或“秤動點”。
限制性三體問題圖示
拉格朗日進一步證明L1,L2,L3均為單向不穩定平衡點,即如果有物體在上述三個平衡點,任何垂直於軸線的移動都會被推回平衡點(Y-軸移動),但平行於軸線的移動則會使該物體迅速離開平衡點(X-軸移動)。與之相反L4和L5是穩定平衡點,及在這兩個平衡點的物體,任何方向的移動都會被推回平衡點,進而能一直保持此物體和兩個大質量物體的相對位置。
也就是說,根據拉格朗日的理論,L1,L2和L3三點因不穩定不會存在天然形成的天體,但L4和L5上則會存在。
這太陽系中,以地球為座標軸,分別存在日地系統拉格朗日點和月地系統拉格朗日點。
地月系統
嫦娥五號軌道器去日地拉格朗日L1點做什麼科學家發現,拉格朗日點具有特殊性質,它是對空間進行科學觀察和研究的最佳位置,有助於人類研究太陽系及宇宙的起源、演變和現狀,進一步認識地球環境的形成和演變,認識空 間現象和地球自然系統之間的關係。
每一個拉格朗日點都有自己的獨特作用,比如地月系統拉格朗日L2點,中國的鵲橋中繼衛星就在這裡,正因為有“鵲橋”的幫助,為嫦娥四號登陸月背提供了訊號支援。
而日地拉格朗日L1點,位於太陽與地球的連線之間,這裡是持續監測太陽系空間環境 的絕佳位置,此處物體的軌道週期恰好等於地球的軌道週期。若在此點附近放置探測器,可獲取到達地球磁場前一小時的太陽風資料。而且在那裡,航天器永遠不會被地球或者月球遮擋,可以不間斷地觀測太陽,或者觀測地球向陽面。
《三體·死神永生》中,遠在N光年之外的雲天明,安排了一次與地球上的同學程心的遠端見面會,地點就在日地拉格朗日點L1。
美國LISA進入地日L1點的軌道及環繞L1點的軌道示意圖。
嫦娥五號軌道器此次拓展任務目標包括:
嫦娥五號軌道器前往拉格朗日L1點,可以說任務艱鉅,根據國際上所規定的以2xl06km為深空和非深空的界限,L1點衛星不屬於深空探測器,但其通訊距離已是月球探測器的將近4倍,通訊接收到的訊號較弱,噪聲加大,信噪比減小;在L1點處衛 星通訊的單程時延已達5秒,這給實時通訊帶來困難。而軌道器前往L1點,將進行測控通訊實驗,驗證我們目前的測控技術,更好彌補不足。
根據嫦娥五號軌道器獲得的資料,也為我國未來設計設計太陽觀測器提供很好的資料支援。要知道,當初中國打算實施“夸父”計劃,但是因為種種原因,最終暫緩執行。
該計劃將由一顆位於日地系統第一拉格朗日點(也稱L1點,即地球與太陽之間的引力平衡點)的衛星“夸父A”和兩顆沿極軌共軛飛行的衛星“夸父B1”、“夸父B2”組成綜合觀測系統,揭示控制日地空間系統的基本物理過程,提高空間天氣災害預報的準確度,服務航天通訊等高科技活動。在空間天氣研究、航空航天和軍事方面具有重要意義。
此次嫦娥五號軌道器前往拉格朗日點L1點,或將為“夸父”計劃做一個前期技術驗證。
總結嫦娥五號可以說一物三用,為中國帶回來月壤樣本;嫦娥五號上升器受控撞月,從而為中國提供更多月球表面資料;嫦娥五號軌道器還將前往拉格朗日點開展任務。
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1 #單程旅行,去了就回不來了。
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2 #軌道器去那裡有啥具體任務?
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3 #宇宙裡的星球都在各自的拉格朗日點上。
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4 #拉格朗日點,雲天明和程心見面的地點。
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5 #只有兩個大質量的天體,和三體屁關係都沒有
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6 #一句話講清楚拉格朗日點小質量物體的軌道特徵:日地拉格朗日點的物體繞日運動的角速度與地球繞日運動的角速度相等。地月拉格朗日點的物體繞地運動的角速度與月球繞地運動的角速度相等。
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7 #當時我就說了,任務還沒結束
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8 #在日地的拉1處建個太陽能電站吧:
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9 #和三體無關,和你的閱讀流量有關