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拉格朗日点|卫星运行轨道的对照数值——拉格朗日点

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随着中国航天事业的发展 ， 我们开发出越来越多的太空新玩法 。 一个“新”词汇频频被提到 ， 它就是“拉格朗日点” 。 比如“鹊桥号”中继卫星在地月系的拉格朗日点附近运行 ， 提供月球背面和地球的通信服务 。 那么 ， 拉格朗日点是什么呢？让我们一起来了解 。
以太阳和地球为例：
在地球轨道面的哪个位置放个小天体 ， 可以使它围绕太阳公转时 ， 与太阳、地球的相对位置保持不变呢？
这实际上是一个三体问题 。 三体问题是个不可精确求解的问题 ， 但是如果限定条件比较严格 ， 例如：在同一个平面上 ， 第三个天体的质量小到可忽略不计 ， 就还是可以求得几个特解的 。 1767年 ， 欧拉求出这个问题的三个特解 。 1772年 ， 拉格朗日又算出另外两个 。 这五个特解在公转轨道附近所对应的位置 ， 叫做“拉格朗日点” ， 分别编号为L1、L2、L3、L4、L5 。

拉格朗日点|卫星运行轨道的对照数值——拉格朗日点
本文图片

拉格朗日点示意
（图片来源：Xander89??CCBY 3.0）
这五个数不是随意编的 ， 每个数字对应一个唯一的位置 。 以太阳和地球为例：L1在日地之间的连线上 ， 并且距离地球更近些 。 L2在日地的连线延长线上 ， 在地球一侧 ， 或者说 ， 在地球阴影方向 。 L3在地日的连线延长线上 ， 在太阳一侧 ， 地球的对面 ， 和太阳的距离基本等于日地距离 。 L4和日地成等边三角形 ， 引领着地球运行 。 L5和日地成等边三角形 ， 跟随着地球运行 。
可以看出 ， L1、L2一个在地球轨道内侧 ， 一个在外侧 ， 如果不考虑地球的话 ， 内圈的应该跑得比地球快 ， 外圈的应该跑得比地球慢才对 。 不过 ， 这里有个“如果” 。 地球引力会对L1的小天体说“等等我”！对L2的小天体 ， 则是喊“跟紧些 ， 别掉队”！
结果 ， 虽然距太阳有远有近 ， L1、地球、L2却以同样的角速度奔跑在黄道面上 。 L1的小天体永远悬停于地球的白昼一方 ， L2的小天体则始终逗留在黑夜的那一面 。 这真是太好玩了 。
人们根据拉格朗日点的特性 ， 为特殊性质的太空探测设计了一些量身定制的方案 。
L1在日地之间 ， 所以研究太阳的探测器就放置在这里 ， 它们距离地球150万公里左右 ， 在月球轨道以外 ， 永远不会掉进地球或月球的阴影 ， 可以持续观测太阳 。 太阳及日光层探测仪（SOHO）就被部署在这里 。 中国的嫦娥五号轨道器完成登月任务后 ， 由于项目进展顺利 ， 推进剂充足 ， 所以加个班 ， 飞到日地L1这里开展了一些太阳探测任务 。
L2在地球阴影方向 ， 距离地球也是150万公里左右 。 虽然这里的地球不能完全遮挡太阳 ， 但还是消光不少 。 而且 ， 这里位于地球的磁层尾部 ， 太阳风的干扰也较低 。 这个位置应该做一些静静欣赏夜空的事情 。 向宇宙超深空凝望、探测宇宙大爆炸余辉的一些任务 ， 就适合在此进行 。 威尔金森微波各向异性探测器（WMAP）和詹姆斯·韦伯空间望远镜（JWST）就被安排在这里 。 顺便说一句 ， 前者任务早已完成 ， 光荣退役 。 后者是航天界著名的鸽王 ， 说是2007年就升空的 ， 结果一直拖到今天 ， 还在地面上 。 据说2021年10月底即将上天了 ， 但因为火箭整流罩出了点问题 ， 可能还会继续鸽下去 。

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