نقاط لاغرانج

هل تعلم أن هناك نقاطًا في مدار جسم ما حول جسم آخر حيث يمكننا وضع قمر صناعي أو جرم سماوي آخر يمكنه الانزلاق فوقه والبقاء في الفضاء ، دائمًا على نفس المسافة من كلا الجسمين؟ يُعرف هذا باسم نقاط لاغرانج وهي مفيدة أكثر مما كنت تعتقد.

لذلك ، سنخصص هذا المقال لنخبرك ما هي نقاط لاغرانج وخصائصها وأهميتها.

ما هي نقاط لاغرانج؟

نقاط لاغرانج هي مظهر من مظاهر الميكانيكا السماوية. حصلوا على اسمهم على شرف عالم الرياضيات الفرنسي جوزيف لويس لاغرانج ، الذي اكتشفها ودرسها بعمق في القرن الثامن عشر. توجد هذه النقاط الخاصة في النظام المكون من جسمين يدوران حول جسم ثالث ، مثل كوكب وقمره ، أو كوكب والشمس.

تخيل أن لديك جسدين ، أحدهما أكبر من الآخر ، يدوران حول نقطة مركزية ، مثل الشمس. حسنًا ، نقاط لاغرانج هي مواقع محددة في هذا التكوين حيث تتوازن جاذبية الجسمين بشكل متساوٍ بطريقة خاصة جدًا. بعبارة أخرى ، عند هذه النقاط ، تتساوى قوة الطرد المركزي وقوة الجاذبية ، وهذا يخلق نوعًا من "نقطة السكون" في الفضاء.

لكن أين هذه النقاط بالضبط؟ جيد، هناك خمس نقاط لاغرانج في المجموع ، مرقمة من L1 إلى L5. تقع النقطة L1 بين الجسمين في المدار ، على نفس الخط الوهمي الذي يربط بينهما. النقطة L2 ، من جانبها ، تقع على نفس الخط ، ولكن على الجانب الآخر من L1. تشكل النقاط L3 و L4 و L5 مثلثًا متساوي الأضلاع به جسمان في المدار ، حيث تكون L3 هي النقطة المقابلة للجسم الأكثر ضخامة ، و L4 و L5 يقعان أمام وخلف هذا الجسم على التوالي.

وصف مفصل

L1

كلما اقترب الجسم من الشمس (أو من الأشياء التي يحيط بها) ، زادت سرعة حركته. بهذه الطريقة ، ستصل الأقمار الصناعية ذات المدارات الأصغر من مدار الأرض إلى الأرض عاجلاً أم آجلاً. ومع ذلك ، إذا وضعناها في المنتصف ، يتم توجيه جاذبية الأرض في الاتجاه المعاكس لجاذبية الشمس ، مما يلغي بعض دفع الشمس ، مما تسبب في دورانها بسرعة أبطأ. إذا كانت المسافة صحيحة ، فسوف يتحرك القمر الصناعي ببطء كافٍ للحفاظ على موقعه بين الأرض والشمس. هذه هي النقطة L1 التي سيتم استخدامها لمراقبة سطح الشمس ، حيث تصل نفاثات الجسيمات من هناك إلى L1 قبل ساعة من وصولها إلى كوكبنا.

L2

نفس الشيء الذي حدث لـ L1 يحدث على الجانب الآخر من الأرض ، خارج مدارنا. أوالمركبة الفضائية الموضوعة هناك ستكون أبعد عن الشمس مما نحن عليه وسوف ينتهي بها الأمر متخلفة عن الركب.، ولكن عند المسافة الصحيحة ، فإن تأثير الجاذبية للشمس سيضيف إلى تأثير الأرض ، مما يتسبب في دوران الأقمار الصناعية حول الأرض.

L3

يقع L3 على الجانب الآخر من الشمس ، خلف مدار كوكبنا قليلاً. لا يمكن أبدًا ملاحظة الكائنات في L3 من الأرض. في الواقع ، غالبًا ما تُستخدم هذه النقطة في الخيال العلمي لتحديد موقع الكواكب التي تشترك في مدارنا. هذا أقل استقرارًا من L1 أو L2. سيؤدي أي اضطراب إلى بدء المركبة الفضائية أو القمر الصناعي أو المسبار في الابتعاد عنها ، مما يتطلب الاستخدام المستمر للمحركات للبقاء في المنطقة المناسبة. يحدث هذا أساسًا لأن الكواكب الأخرى أقرب إلى تلك النقطة من كوكبنا. على سبيل المثال، يمر كوكب الزهرة بحوالي 50 كم من النقطة L000 كل 000 شهرًا.

L4 و L5

تقع النقطتان L4 و L5 على 60 درجة أمام وخلف الأرض كما تُرى من الشمس ، بالقرب من مدار الأرض. على عكس البقية ، L4 و L5 مقاومان جدًا لأي اضطراب في الجاذبية. لهذا السبب ، تميل مواد الغبار والكويكبات إلى التراكم في هذه المناطق.

أهمية نقاط لاغرانج

نقاط لاغرانج هذه أماكن خاصة لأن أي جسم صغير يوضع عليها سيبقى ثابتًا فيما يتعلق بالجرمين المداريين. هذا يعني أن قمرًا صناعيًا أو مركبة فضائية يمكن أن يبقى في إحدى هذه النقاط دون استخدام الدافعات باستمرار. هذا هو السبب في أن لاغرانج يشير لديهم أهمية كبيرة لاستكشاف الفضاء ووضع الأقمار الصناعية في الفضاء.

بالإضافة إلى فائدتها العملية ، فإن نقاط لاغرانج لها أيضًا أهمية نظرية في دراسة الميكانيكا السماوية وديناميكيات أنظمة الأجرام المدارية. لقد سمح لنا اكتشافهم وفهمهم الحصول على رؤية أكثر اكتمالا ودقة لحركة النجوم في الفضاء.

تتجاوز الأهمية الحقيقية لنقاط لاغرانج مجرد فائدتها العملية في استكشاف الفضاء ووضع الأقمار الصناعية. تمثل هذه النقاط نافذة رائعة لفهم سلوك الأنظمة الديناميكية في الفضاء وتسمح لنا بدراسة الظواهر المعقدة في مجال الفيزياء السماوية.

الاستخدامات والتطبيقات

أحد أبرز تطبيقات نقاط لاغرانج هو استقرار الأقمار الصناعية التي تدور في مدارها. من خلال وضع قمر صناعي في إحدى هذه النقاط ، يمكننا إبقائه ثابتًا تقريبًا فيما يتعلق بالأرض أو أي جسم آخر في النظام. هذا مفيد بشكل خاص لبعثات مراقبة الأرض ، حيث يلزم موقع ثابت للحصول على صور مفصلة لمنطقة معينة على مدى فترات طويلة من الزمن.

بالإضافة إلى ذلك ، توفر نقاط لاغرانج أيضًا إمكانية إنشاء "أبراج" من الأقمار الصناعية في مدار حول جرم سماوي. يمكن استخدام هذه الأبراج لمجموعة متنوعة من الأغراض ، مثل الاتصالات العالمية ، ورصد المناخ ، والمراقبة الفلكية واستكشاف الفضاء. من خلال توزيع الأقمار الصناعية في نقاط لاغرانج المختلفة ، يمكننا تحسين تغطية وكفاءة بعثاتنا الفضائية.

مجال آخر حيث تكون ذات أهمية كبيرة هو التحقيق واستكشاف الكويكبات والمذنبات. تعمل هذه النقاط كأماكن إستراتيجية لتحديد مواقع المسابر الفضائية التي ترغب في دراسة هذه الأجرام السماوية بالتفصيل. من خلال البقاء في نقطة لاغرانج بالقرب من كويكب أو مذنب ، يمكن للمسبرين التحقق من تكوينه وهيكله وسلوكه دون الحاجة إلى استهلاك كميات كبيرة من الوقود للحفاظ على مدار مستقر.

آمل أن تتمكن من خلال هذه المعلومات من معرفة المزيد عن نقاط لاغرانج وخصائصها واستخداماتها.