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科普:什么是拉格朗日点?

王赤

2013年01月24日10:26        手机看新闻

在2011年的8月25号,嫦娥二号已经成功的进入了拉格朗日L2点。所以,我们来看看,什么叫拉格朗日点?我们学过高中的物理,圆周的运动,如果到了太阳运动的话,这是太阳的引力,这个引力要等于它的离心力,这个Ω就是它的频率。如果离太阳越近,它就转得越快。我们有一个示意图,这是太阳的引力,这是地球自转,如果有一个卫星围绕太阳旋转的话,他离太阳越近,旋转的速度就越快,也就是说它的周期就要越短。我们整个太阳系的其他行星也是如此,离太阳近的金星和水星转得都要比地球快一些。

我们考虑到地球的影响,纯粹是太阳的引力。但是如果说我们有一个卫星,它正好处于太阳和地球之间,这样的话,我们可以看到,这个地球对我们这个卫星也要施加一个力,也就是说它的离心力应该是太阳的引力减去地球的引力。如果刚才我们没有考虑到地球引力的时候,它是要转得快,我们考虑到地球的引力之后,它整个速度就要变小,也就是说,Ω要转得慢,转得慢的意思是什么?就是绕太阳一周的周期要变长。

刚刚我们讲到,比地球离太阳近的卫星运动得是要比地球快;但是现在我们考虑到地球的引力,在这个点上,它就有可能变慢,变慢的一个后果,L1点它的周期就跟地球绕太阳一样了。在太阳和地球之间,我们小的卫星旋转周期跟地球是一样的,它永远是处于地球的上游,这一点就是我们称之为拉格朗日L1点。

进入到我们拉格朗日L2点,如果这个小的卫星离地球远,现在的话,它还要受到地球的引力。本来它在地球的外面,转的速度就要比地球慢;但是,地球给它施加了引力,它就转得快了,这一点上就跟地球自转的速度一致了。所以,我们可以看到,它永远是处在日地联系,在我们地球的外面,这一点就是拉格朗日L2点,它的特点是,永远处于地球的后面,我们称之为拉格朗日L2点。

整个日地系统中,这些小卫星在太阳和地球共同的作用下,它能够保持跟地球自转的周期是一致的,一共有多少点呢?一共有5点。刚才我已经介绍了,L1点和L2点,计算出来,它们都是距离地球150万公里。如果在太阳的另外一边,这是L3,它也是有一个点;另外,这边还有L4、L5,也是有类似的个性,我就不再做详细的介绍。L1、L2、L3,其实是由一位数学家发现的,L4、L5才是拉格朗日发现的。大家记住,L2点处在离地球150万公里,永远是在地球的阴影下面。

L1、L2、L3在这条直线上不是稳定的,所以你如果把物体放在这上面的话,它马上会离开这个点。一般来讲我们是要围绕这个点做一个周期的运动,所以,有一种轨道的设计就是,它是绕过L2做一些周期运动,这样的话,我们的卫星才可能在这些点上有一个稳定的状态。

嫦娥二号带来很多很多的仪器,我们也知道,我们的太阳一般来讲也是有两种形式来影响我们的地球和日地的空间。一种形式就是我们知道的,太阳的光,它8分钟就弹到地球上,这是电磁辐射。还有一种是粒子辐射,因为太阳的温度非常高,他上面一些粒子不足以被它的引力所束缚,会不断的存在,就好象在太阳表面传过来一阵一阵的风一样,我们形象的把它称之为太阳风。所以,这样的话,我们整个太阳就是有两种形式,一种就是电磁波,如果是我们不可见,就进入X射线和Y射线,再长一些,就是微波和无限波,这些整个组成了太阳的波谱。太阳还有另外一种方式,以它的粒子形式来影响我们的日地空间。所以,太阳的表面也会有一些爆发的活动,我们称之为抛射事件,这是日冕物质抛射事件的对话,在太阳表面上抛射一些物质,它会在日地之间不断的传播和演化,最终会打到地球空间,由于受到太阳风的作用,在前面会被压缩,在地球后面会被拉伸,就形成了我们的磁轨。这些粒子会沿着慈力线打到北极。这是太阳把地球前面压扁了,把我们的磁尾拉伸了。L2点大致是在这个位置,所以它永远是处在我们地球的远磁尾。

   来源:中国科学院网站

(责任编辑:值班编辑、马丽)


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