Hier auf der Erde festzusitzen, am Grund dieses enormen Gravitationsbrunnens ist wirklich scheiße. Die Energie, die es braucht, um ins Schwarze zu entkommen, würde sogar Captain Reynolds einen Gorram-Sturm verfluchen lassen.
Aber die Schwerkraft hat eine lustige Art, die Partitur zu glätten, indem sie gleichermaßen gibt und nimmt.
Es gibt besondere Orte im Universum, an denen sich die Gravitationskräfte gut ausgleichen. Orte, die ein cleveres und ehrgeiziges Sonnensystem, das eine Zivilisation umspannt, nutzen könnte, um bei der Erforschung des Universums Fuß zu fassen.
Die fünf Sonne-Erde-Lagrange-Punkte. Bildnachweis: NOAA
Diese sind als Lagrange-Punkte oder Lagrange-Punkte oder Libration-Punkte oder einfach L-Punkte bekannt. Sie sind nach dem französischen Mathematiker Joseph-Louis Lagrange benannt, der 1772 einen „Essay über das Drei-Körper-Problem“ verfasste. Er erweiterte eigentlich die Mathematik von Leonhard Euler.
Euler entdeckte die ersten drei Lagrange-Punkte, obwohl sie nicht nach ihm benannt sind, und dann tauchte Lagrange die nächsten beiden auf.
Aber was sind sie?
Wenn Sie die Gravitationswechselwirkung zwischen zwei massiven Objekten betrachten, wie der Erde und der Sonne oder der Erde und dem Mond oder dem Todesstern und Alderaan. Schlagen Sie das letzte Beispiel an…
Wie ich schon sagte, wenn Sie zwei massive Objekte haben, gleichen sich ihre Gravitationskräfte an 5 Stellen perfekt aus. An jedem dieser 5 Orte können Sie einen Satelliten mit relativ geringer Masse positionieren und seine Position mit sehr geringem Aufwand halten.
Sonne-Erde Lagrange-Punkte. Bildnachweis: Xander89/Wikimedia Commons
Sie könnten beispielsweise ein Weltraumteleskop oder eine Orbitalkolonie parken, und Sie benötigen sehr wenig oder sogar keine Energie, um ihre Position zu halten.
Die bekannteste und offensichtlichste davon ist L1. Dies ist der Punkt, der zwischen der Anziehungskraft der beiden Objekte ausbalanciert ist. Sie könnten beispielsweise einen Satelliten etwas über der Mondoberfläche positionieren. Die Schwerkraft der Erde zieht ihn zum Mond, aber die Schwerkraft des Mondes wirkt der Anziehungskraft der Erde entgegen, und der Satellit braucht nicht viel Treibstoff, um seine Position zu halten.
Es gibt einen L1-Punkt zwischen Erde und Mond und einen anderen Punkt zwischen Erde und Sonne und einen anderen Punkt zwischen Sonne und Jupiter usw. Es gibt überall L1-Punkte.
L2 liegt auf derselben Linie wie die Masse, aber auf der anderen Seite. Sie erhalten also Sonne, Erde, L2-Punkt. An diesem Punkt fragen Sie sich wahrscheinlich, warum die kombinierte Schwerkraft der beiden massiven Objekte diesen armen Satelliten nicht einfach auf die Erde zieht.
Es ist wichtig, über Umlaufbahnen nachzudenken. Der Satellit an diesem L2-Punkt wird sich in einer höheren Umlaufbahn befinden und würde voraussichtlich hinter die Erde fallen, da er sich langsamer um die Sonne bewegt. Aber die Anziehungskraft der Erde zieht sie nach vorne und hilft, sie in dieser stabilen Position zu halten.
Animation, die die Beziehung zwischen den Lagrange-Punkten (rot) eines Planeten (blau), der einen Stern (gelb) umkreist, und dem Gravitationspotential in der Ebene zeigt, die die Umlaufbahn enthält (graue Oberfläche mit violetten Konturen gleichen Potentials). Credit: cmglee (CC-SA 3.0)
Sie werden viel Kerbal Space Program spielen wollen, um sich wirklich damit auseinanderzusetzen. Leider hilft dir deine No Man’s Sky-Zeit überhaupt nicht, außer dir beizubringen, dass Hyperantriebe notorisch wählerisch sind und du nie genug Inventarplatz haben wirst.
L3 befindet sich auf der direkt gegenüberliegenden Seite des Systems. Auch hier gleichen sich die Gravitationskräfte zwischen den beiden Massen aus, sodass das dritte Objekt die gleiche Umlaufgeschwindigkeit beibehält. Zum Beispiel würde ein Satellit im Punkt L3 immer genau von der Sonne verdeckt bleiben.
Warte, warte, ich weiß, dass dir gerade eine Million Gedanken durch den Kopf gehen, aber ertrage es mit mir.
Es gibt zwei weitere Punkte, die Punkte L4 und L5. Diese befinden sich vor und hinter dem masseärmeren Objekt im Orbit. Sie bilden ein gleichseitiges Dreieck zwischen den beiden Massen, und der dritte Punkt des Dreiecks ist der Punkt L4, drehen Sie das Dreieck auf den Kopf und es gibt L5.
Nun ist es wichtig zu beachten, dass die ersten 3 Lagrange-Punkte gravitativ instabil sind. Jeder dort positionierte Satellit wird schließlich von der Stabilität abweichen. Sie brauchen also eine Art Triebwerk, um diese Position zu halten.
Stellen Sie sich einen hohen glatten Berg mit einem scharfen Gipfel vor. Wenn Sie eine Bowlingkugel ganz oben platzieren, brauchen Sie nicht viel Energie, um sie an dieser Stelle zu halten. Aber der wehende Wind wird es schließlich aus der Bahn werfen und den Berg hinunter treiben. Das sind L1, L2 und L3, und deshalb sehen wir an diesen Orten keine natürlichen Objekte.
Aber L4 und L5 sind eigentlich stabil. Es ist die umgekehrte Situation, ein tiefes Tal, in das eine Bowlingkugel dazu neigt, herunterzufallen. Und wir finden Asteroiden in den natürlichen Positionen L4 und L5 auf den größeren Planeten wie Jupiter. Dies sind die trojanischen Asteroiden, die durch die Gravitationsinteraktion von Jupiter und Sonne in diesen natürlichen Gravitationsbrunnen gefangen sind.
Künstlerisches Diagramm von Jupiter und einigen trojanischen Asteroiden in der Nähe des Gasriesen. Bildnachweis: NASA/JPL-Caltech
Wofür können wir also Lagrange-Punkte verwenden? Es gibt alle Arten von Anwendungen zur Weltraumforschung, und es gibt bereits eine Handvoll Satelliten an den verschiedenen Erde-Sonne- und Erde-Mond-Punkten.
Sun-Earth L1 ist ein großartiger Ort, um ein Sonnenteleskop zu stationieren, wo es der Sonne etwas näher ist, aber immer mit uns auf der Erde kommunizieren kann.
Das James Webb-Weltraumteleskop ist für Sonne-Erde L2 bestimmt, die sich etwa 1,5 Millionen Kilometer von der Erde entfernt befindet. Von hier aus drängen sich Sonne, Erde und Mond an einer winzigen Stelle am Himmel zusammen und lassen den Rest des Universums zur Beobachtung frei.
Das James Webb Telescope der NASA, das in der Konzeption dieses Künstlers gezeigt wird, wird weitere Informationen über zuvor entdeckte Exoplaneten liefern. Es wird bei Sonne-Erde L2 sein.
Earth-Moon L1 ist ein perfekter Ort, um eine Mondtankstelle zu errichten, ein Ort, der mit minimalem Kraftstoffverbrauch entweder zur Erde oder zum Mond gelangen kann.
Die vielleicht Science-Fiction-Idee besteht darin, riesige rotierende O’Neill-Zylinder-Raumstationen an den Punkten L4 und L5 zu platzieren. Sie wären im Orbit absolut stabil und relativ leicht zu erreichen. Sie wären die perfekten Orte, um mit der Kolonisierung des Sonnensystems zu beginnen.
Dank der Schwerkraft. Vielen Dank, dass Sie auf all die seltsamen Arten interagiert haben, die Sie tun, und diese Trittsteine erschaffen, die wir verwenden können, wenn wir unseren Planeten erreichen und verlassen, um eine wahre Sonnensystem-übergreifende Zivilisation zu werden.
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