Was sind Lagrange-Punkte?
Wenn zwei massive Körper einander umkreisen, gibt es fünf Orte um diese Körper herum, an denen sich die Gravitationskräfte ausgleichen. Und an diesen Gravitations-Sweetspots, Lagrange-Punkten genannt, kann ein kleineres Objekt im Gleichgewicht bleiben. Für das Erde-Sonne-System kann also ein Raumfahrzeug oder ein natürliches Objekt die Sonne umkreisen, während es eine Position relativ zur Sonne und zur Erde behält, während sie an diesen Lagrange-Punkten „schweben“.
Wenn wir über das Erde-Sonne-System oder das Jupiter-Sonne-System sprechen, bezieht sich dies darauf, wie die beiden Körper interagieren (d. h. einer umkreist den anderen) und ihre zugehörigen Lagrange-Punkte.
Von diesen fünf Lagrange-Punkten, L1 bis L5, sind zwei – L4 und L5 – stabil. Das bedeutet, wenn ein kleines Objekt bei L4 oder L5 angestoßen wird, würde es eine wirksame Rückstellkraft geben und es würde zu dieser Stelle zurückkehren. Stupsen Sie ein kleines Objekt an einem der drei instabilen Lagrange-Punkte L1, L2 oder L3 an, und es wird die Umlaufbahn unterbrechen und in den interplanetaren Raum abdriften.
Lagrange-Punkte wurden erstmals 1772 vom französischen Mathematiker und Astronomen Joseph-Louis Lagrange theoretisiert. Dann, 134 Jahre später, im Jahr 1906, wurden an diesen Stellen im Jupiter-Sonne-System die ersten trojanischen Asteroiden entdeckt.
Wie viele Lagrange-Punkte gibt es im Sonnensystem?
Die fünf Lagrange-Punkte existieren an denselben relativen Positionen um alle größeren Körper in unserem Sonnensystem, wo ein Körper einen massereicheren Körper umkreist. Es gibt also Lagrange-Punkte im Erde-Sonne-System, im Mars-Sonne-System, im Jupiter-Sonne-System und so weiter. Sie existieren auch für Planeten und ihre Monde:Erde-Mond, Mars-Phobos, Jupiter-Io, Saturn-Titan usw. Sie existieren jedoch nicht für Geschwisterplaneten, Erde-Mars zum Beispiel, da sie beide die Sonne umkreisen und weder Erde noch Mars umkreisen den anderen.
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Wo sind die fünf Lagrange-Punkte?
Lagrange-Punkt L1, instabil
L1 befindet sich zwischen Erde und Sonne. Es ist ungefähr 1,5 Millionen km (1 Million Meilen) von der Erde entfernt und bietet einen ungestörten Blick auf die Sonne.
Lagrange-Punkt L2, instabil
L2 ist ebenfalls 1,5 Millionen km von der Erde entfernt, liegt aber auf der gegenüberliegenden Seite von L1 und ist daher der ideale Ort, um den Weltraum zu erforschen.
Lagrange-Punkt L3, instabil
L3 liegt jenseits der Sonne und ist der am weitesten von der Erde entfernte Lagrange-Punkt.
Lagrange-Punkt L4, stabil
L4 ist der Erde 60° voraus, d. h. erdführend. In L4 wird die Erde in zwei Monaten sein.
Lagrange-Punkt L5, stabil
L5 ist 60° hinter der Erde, d.h. erdnachlaufend. L5 ist dort, wo die Erde vor zwei Monaten war.
Warum befindet sich das James-Webb-Weltraumteleskop auf L2?
Das James-Webb-Weltraumteleskop (JWST) erreichte am 24. Januar 2022 nach seinem Start am Weihnachtstag 2021 sein neues Zuhause, den Lagrange-Punkt L2. Hier wird es bleiben und diese 1,5 Millionen Kilometer entfernte gravitativ besondere Position umkreisen nächsten 10 oder 20 (oder mehr) Jahren, da L2 selbst die Sonne umkreist und die Erde hinter sich hält.
Da sich L2 auf der der Sonne gegenüberliegenden Seite der Erde befindet, wird JWST eine klare Sicht auf den Weltraum haben. Mit seiner Sonnenblende, die von Sonne, Erde und Mond abgewandt ist, kann das JWST seine Optik und Instrumente im Schatten halten, und die Sicht wird nicht durch die Erde blockiert. Und da die Temperatur bei L2 kalt ist und keine großen Temperaturschwankungen erfährt, wird die Bordausrüstung stabil gehalten.
Da L2 gravitationsinstabil ist, muss das JWST alle drei Wochen kleine Anpassungen vornehmen und seine Triebwerke verbrennen, um es in Position zu halten. Es wird erwartet, dass der JWST auf L2 bleibt, bis ihm der Kraftstoff ausgeht, um diese Anpassungen fortzusetzen.
Aber dies ist nicht das erste Mal, dass wir Lagrange-Punkte zu unserem Vorteil nutzen. Unter anderem war L2 auch die Heimat der Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP) der NASA und der späteren ESA-Raumsonde Planck, bis sie 2010 und 2013 beide deaktiviert und in eine heliozentrische Friedhofsbahn geschickt wurden (eine Umlaufbahn, die abseits von operativen Umlaufbahnen liegt).
Das 1995 gestartete Solar and Heliospheric Observatory (SOHO) befindet sich in einer Halo-Umlaufbahn um L1 im Erde-Sonne-System. Es umkreist L1 alle sechs Monate und ist immer noch in Betrieb, nachdem es über 4.000 Kometen entdeckt hat.
Gibt es am L3-Lagrange-Punkt irgendetwas?
Im Erde-Sonne-System ist L3 von der Erde aus gesehen immer hinter der Sonne verborgen. Bei L3 sind derzeit keine Objekte bekannt. Wenn Sie mit frühen Science-Fiction-Geschichten vertraut sind, erinnern Sie sich vielleicht an Geschichten über eindringende Kräfte von Kreaturen von Planet X, einem mysteriösen „Zwillingsplaneten“ von der Größe der Erde, der hinter der Sonne versteckt ist.
Da die Umlaufbahn von L3 jedoch exponentiell instabil ist, ist dies einfach nicht möglich (sorry). Ein von Neil J. Cornish für WMAP Education and Outreach erstelltes Dokument stellt jedoch fest, dass L3 würde ein guter Ort sein, um Ihre Invasionsstreitkräfte für eine Weile zu parken …