آموزش نجوم و اخترفیزیک مقدماتی – نقاط لاگرانژی (Lagrangian points)

وقتی اثر میدان گرانشی دوجرم در فضا مانند زمین و خورشید یا مشتری وخورشید را می سنجیم نقاطی را در اطراف آنها می‌یابیم که اگر جرم سومی با گرانش ناچیز در آنها قرار بگیرد، در تعادل گرانشی به سر خواهد برد.این نقاط خاص نقاط لاگرانژی نام دارند.

نقاط لاگرانژی زمین که پنج نقطه هستند، مکان‌هایی هستند که برآیند نیروی جاذبه زمین و خورشید موجب تعادل گرانشی و حرکت جسم در مداری پایدار با دوره تناوب ۱ سال خواهد شد.

این نقاط کاربردهای شگفتی دارند از جایگاهی برای تلسکوپهای فضایی ورصدخانه های خورشیدی تا دروازه ای برای سفرهای آینده به ماه وحتی جایگاهی برای سکونت آینده بشر در فضا. نقاط لاگرانژی را بزرگ ترین ریاضی-فیزیکدانان قرن هجدهم یعنی اویلر و لاگرانژ از معادلات سه جرم در حالت خاص استخراج کردند.در قرن های بعد بشر اجرام بسیاری در منظومه شمسی را در این نقاط کشف کرد وامروزه نقاط لاگرانژی از پرکاربرد ترین وبحث انگیزترین مکانها برای کاوش هستی محسوب می شوند.

مسئله سه جرم در حالت خاص را نخستین بار لئونارد اویلر استاد لاگرانژ در سال ۱۷۷۲ میلادی در تحلیل حرکت ماه بطور جدی بررسی کرد.هفت سال پیش از این تاریخ او درمعادلات حرکتی سه جرم در حالت خاص سه نقطه لاگرانژی هم راستا یعنی نقاط L1٬L2 وL3 را استخراج کرده بود.لاگرانژدر همین سال یعنی ۱۷۷۲ دو نقطه دیگر یعنی نقاط L4  وL5  رااز معادلات استخراج کرد.

روش ِ به دست آوردن نقاط ِ لاگرانژی به این شکل است که دو جسم ِ سنگین در نظر می گیرند که در مداری (الزاماً) دایروی با سرعت زاویه ای w به دور هم در گردش‌اند. سپس دستگاه ِ مختصاتی در نظر می گیرند که این دو جسم در آن ثابت باشند. یعنی این دستگاه هم با این دو جسم در حال ِ گردش باشد.  بنابراین این دو جسم در این دستگاه ثابت خواهند بود. حالا مسئله‌ی نقاط لاگرانژی به این شکل است که شما می‌بایست نقاطی را پیدا کنید که اگر جسم ِ نسبتا کوچکی (که تاثیری روی گردش دو جسم دیگر نداشته باشد) را در  این نقاط قرار دهیم، در این دستگاه چرخان ثابت باشند. یعنی در دستگاه مختصات عادی این جسم سوم همراه با دیگر اجزای سیستم با سرعت زاویه ای w بچرخد. می‌توان ثابت کرد که تعداد این نقاط پنج عدد است. (بیشتر نیست) و بعضی پایدارند و بعضی ناپایدار. نکته‌ی دیگر این است که نقاط ِ لاگرانژی فقط برای اجسامی تعریف می‌شوند که دور همدیگر بچرخند، نه هر دو جسم سرگردان در فضا.

990528

یک نکته در مورد تلسکوپهایی که در نقاط لاگرانژی قرار میگیرند:

اگر یک تلسکوپ در نقطه لاگرانژی زمین خورشید قرار بگیرد، صفحات خورشیدی‌اش همواره به طرف خورشید هستند و  تلسکوپ دیگر نیازی به باتری ندارد. این موضوع در مورد تلسکوپهای دور دست خیلی می‌تواند  مهم باشد، چون باتری جزء اجزایی است که احتمال خرابی و معیوب شدنش هست، به عنوان مثال،  هابلرا در نظر بگیرید ، انرژی ایجاد شده از طریق صفحات خورشیدی، توسط ۵ باتری نیکل-هیدروژن ذخیره میشود تا ۲۵ دقیقه انرژی مورد نیاز تلسکوپ را در طی مدتی که هابل در مدار خود در سایه زمین قرار دارد و نور خورشید به پانلهای آن نمی رسد، تامین کند. در یکی از ماموریتهای تعمیری هابل این باتری ها تعویض شدند.

در آینده تلسکوپ فضایی جیمز وب در نقطه L2  مدار زمین خورشید وتلسکوپهای لیزا که جستجوگر سیارات فراخورشیدی است در نقطهL1  مدار زمین خورشید قرار خواهند گرفت. نقاط لاگرانژی L4  و L5  در مدار زمین ماه نیز جایگاه بعدی سکونت گاههای بشرو ایستگاههای فضایی خواهند بود. بد نیست بدانید اخترشناسان به تازگی موفق به کشف سیارکی به قطر ۳۰۰ متر شده‌اند که سایه به سایه زمین در فضا حرکت می‌کند. این سیارک که در گرگ و میش سپیده‌دم خود را مخفی کرده است و سال‌هاست که به دنبال سیاره ما در فضا حرکت می‌کند، تا کنون از چشم تلسکوپ‌های زمینی پنهان باقی مانده بود.

به گزارش نیوساینتیست، این صخره نخستین اسب تروای تایید شده زمین است که می‌تواند با قرار گرفتن در هر کدام از دو چاهک گرانشی زمین، در مداری مشابه زمین به دور خورشید گردش کند. از دید ناظر خورشیدی، این دو چاهک ۶۰ درجه در جلو و پشت زمین و در نقاط لاگرانژی ۴ و ۵ زمین قرار دارند.

سیارکهای تروژان دیده‌هایی متداول در منظومه شمسی هستند. سیاره مشتری به تنهایی ۵۰۰۰ اسب تروا دارد، و نپتون و مریخ نیز مجموعه‌های کوچک‌تر اسب‌های تروای خود را دارند. اما یافتن اسب‌های تراوای زمینی بسیار سخت است، زیرا نقاط لاگرانژی زمین رو به خورشید قرار دارند. اخترشناسان برای جستجوی اجسام احتمالی که در این نقاط قرار دارند، تنها دقایق اندکی را قبل از طلوع یا پس از غروب خورشید در اختیار دارند. تا کنون نیز تابش خیره کننده نور خورشید، باعث محو شدن نور ضعیف بازتاب شده از صخره‌های احتمالی می‌شد که در این نقاط پنهان شده‌اند.

اما مارتین کانرز و همکارانش از دانشگاه آتاباسکا کانادا، از یک حسگر حرارتی استفاده کردند تا لحظات غروب خورشید را مورد مطالعه قرار دهند. آنها با استفاده از داده‌های کاوشگر نقشه‌بردار فروسرخ دیدگسترده ناسا (WISE) توانستند یک اسب تروای ۳۰۰ متری را که اکنون ۲۰۱۰ TK7 نامیده می‌شود شناسایی کنند.

به گفته کانرز، مانند اغلب اسب‌های تروا اینکه ۲۰۱۰ TK7 از کجا می آید و از چه چیزی ساخته شده است، کاملا مبهم و ناشناخته است. این اسب تروا می‌تواند یک سیارک سرگردان و به دام افتاده، یا یک صخره تکوینی (عتیقه‌ای باستانی که از آغاز پیدایش منظومه شمسی در ۴٫۵ میلیارد سال قبل بر جا مانده است) باشد. اگر این چنین باشد، ساختار آن ممکن است مشابه صخره‌هایی باشد که با جمع شدن در کنار یکدیگر، باعث شکل‌گیری سیاره ما شدند. در این صورت، مطالعه ساختار و ترکیب آن به دانشمندان کمک خواهد کرد تا به ساختار شیمایی زمین در نخستین مراحل پیدایش آن پی ببرند.

منابع:

کانون نجوم آوا استار

ویکی‌پدیا فارسی

http://www.haftaseman.ir/

ماهنامهی نجوم

image_pdfimage_print
(23 نفر , میانگین : 5٫00 از 5)
لینک کوتاه مقاله : http://bigbangpage.com/?p=5888
اسماعیل جوکار

اسماعیل جوکار

نویسنده این مطلب: اسماعیل جوکار، دانشجوی مقطع کارشناسی فیزیک، علاقمند به فیزیک، نجوم و کیهان شناسی می باشد و به عنوان نویسنده در وب سایت بیگ بنگ فعالیت می کند.

شما ممکن است این را هم بپسندید

یک پاسخ

  1. وحید گفت:

    با سلام
    مقاله خیلی خوبی بود
    امیدوارم به مباحث مربوط به اختر فیزیک ادامه بدین و بیشتر بهش توجه کنین
    با تشکر فراوان

پاسخ دهید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *