Điểm Lagrange là gì?


Vị trí các điểm Lagrange. Ảnh NASA

Điểm Lagrange là các vị trí trong không gian nơi lực hấp dẫn của hai hệ vật thể như Mặt trời và Trái đất tạo ra các vùng hút và đẩy tăng cường. Chúng có thể được sử dụng bởi tàu vũ trụ để giảm tiêu thụ nhiên liệu cần thiết để duy trì vị trí.

Điểm Lagrange được đặt tên để vinh danh nhà toán học người Pháp gốc Ý Josephy-Louis Lagrange.

Có năm điểm đặc biệt mà ở đó một khối lượng nhỏ có thể quay theo một hình không đổi với hai khối lượng lớn hơn. Điểm Lagrange là vị trí mà lực hấp dẫn của hai khối lượng lớn bằng chính xác lực hướng tâm cần thiết để một vật nhỏ chuyển động cùng với chúng. Bài toán toán học này, được gọi là "Bài toán tổng quát về ba vật thể" đã được Lagrange xem xét trong bài báo đoạt giải của ông ( Essai sur le Problème des Trois Corps , 1772).

Trong số năm điểm Lagrange,có  ba điểm không ổn định và hai điểm ổn định. Các điểm Lagrange không ổn định - là L1, L2 và L3 - nằm dọc theo đường nối hai thiên thể có khối lượng lớn. Các điểm Lagrange ổn định - là L4 và L5 - là đỉnh của hai tam giác cân mà hai đỉnh còn lại là hai thiên thể có lượng lớn. L4 ở phía trước quỹ đạo trái đất và L5 theo sau.

Điểm L1 của hệ Trái Đất - Mặt Trời cho tầm nhìn không bị gián đoạn về Mặt Trời và hiện là nơi đặt vệ tinh của quan sát Mặt trời và Nhật Quyển SOHO .

Điểm L2 của hệ Trái Đất - Mặt Trời là nơi đặt tàu vũ trụ WMAP, ngôi nhà hiện tại của Planck và ngôi nhà tương lai của Kính viễn vọng Không gian James Webb. L2 là nơi lý tưởng cho thiên văn vì tàu vũ trụ đủ gần để dễ dàng giao tiếp với Trái Đất. Các điểm L1 và L2 không ổn định trên thang thời gian khoảng 23 ngày, điều này đòi hỏi các vệ tinh quay quanh các vị trí này phải trải qua quá trình chỉnh sửa thường xuyên và chỉnh sửa tư thế.

NASA khó có thể tìm thấy bất kỳ lợi ích nào đối với điểm L3 vì nó luôn luôn bị che khuất sau Mặt Trời. Ý tưởng về một hành tinh ẩn đã là một chủ đề phổ biến trong các tác phẩm khoa học viễn tưởng.

Các điểm L4 và L5 là nơi có quỹ đạo ổn định miễn là tỷ số khối lượng giữa hai khối lượng lớn vượt quá 24,96. Điều kiện này được thỏa mãn cho cả hệ Trái Đất - Mặt Trời và Trái Đất - Mặt Trăng, và đối với nhiều cặp thiên thể khác trong hệ Mặt trời. Các vật thể được tìm thấy quay quanh điểm L4 và L5 thường được gọi là Trojan sau khi phát hiện ba tiểu hành tinh lớn Agamemnon, Achilles và Hector quay quanh các điểm L4 và L5 của hệ sao Mộc - Mặt Trời. (Theo Homer, Hector là Trojan thành Troy bị Achilles giết chết trong cuộc vây hãm thành Troy của Vua Agamemnon). Có hàng trăm tiểu hành tinh Trojan trong hệ mặt trời, chúng hầu hết quay quanh quỹ đạo với sao Mộc, nhưng một số khác quay quanh quỹ đạo với sao Hỏa. Ngoài ra, một số mặt trăng của Sao Thổ có Trojan đồng hành.

Năm 1956, nhà thiên văn học người Ba Lan Kordylewski đã phát hiện ra độ bụi lớn tại các điểm Trojan của hệ thống Trái Đất - Mặt Trăng. Thiết bị DIRBE trên vệ tinh COBE đã xác nhận các quan sát trước đó của IRAS về một vòng bụi theo quỹ đạo Trái Đất quay quanh Mặt Trời. Sự tồn tại của chiếc nhẫn này có liên quan mật thiết đến các điểm Trojan, nhưng câu chuyện phức tạp do tác động của áp suất bức xạ lên các hạt bụi.

Năm 2010, kính thiên văn WISE của NASA cuối cùng đã xác nhận tiểu hành tinh Trojan đầu tiên (2010 TK7) quay quanh điểm Lagrange của Trái Đất.

Tìm điểm Lagrange

Cách dễ nhất để hiểu các điểm Lagrange là nghĩ về chúng giống như cách mà tốc độ gió có thể được suy ra từ bản đồ thời tiết.


Credit: Matthew Twombly

Tham khảo

Nasa: What is Lagrange's point?