Dalam sistem rotasi dua benda kosmik dengan massa tertentu, ada titik-titik di ruang angkasa, dengan menempatkan benda apa pun bermassa kecil di mana, Anda dapat memperbaikinya dalam posisi stasioner relatif terhadap dua benda rotasi ini. Titik-titik ini disebut titik Lagrange. Artikel ini akan membahas bagaimana mereka digunakan oleh manusia.
Apa yang dimaksud dengan poin Lagrange?
Untuk memahami masalah ini, kita harus beralih ke pemecahan masalah tiga benda yang berputar, dua di antaranya memiliki massa sedemikian rupa sehingga massa benda ketiga dapat diabaikan dibandingkan dengan mereka. Dalam hal ini, adalah mungkin untuk menemukan posisi di ruang angkasa di mana medan gravitasi dari kedua benda masif akan mengimbangi gaya sentripetal dari seluruh sistem yang berputar. Posisi ini akan menjadi poin Lagrange. Dengan menempatkan benda bermassa kecil di dalamnya, seseorang dapat mengamati bagaimana jaraknya ke masing-masing dari dua benda besar tidak berubah untuk waktu yang lama. Di sini kita dapat menggambar analogi dengan orbit geostasioner, di mana satelit selalu beradaterletak di atas satu titik di permukaan bumi.
Perlu diklarifikasi bahwa benda yang terletak di titik Lagrange (juga disebut titik bebas atau titik L), relatif terhadap pengamat eksternal, bergerak mengelilingi masing-masing dari dua benda dengan massa besar, tetapi gerakan ini bersama dengan gerakan dua tubuh yang tersisa dari sistem memiliki karakter sedemikian rupa sehingga terhadap masing-masing dari mereka, tubuh ketiga diam.
Berapa banyak dari titik-titik ini dan di mana letaknya?
Untuk sistem yang memutar dua benda dengan massa apa pun secara mutlak, hanya ada lima titik L, yang biasanya dilambangkan dengan L1, L2, L3, L4 dan L5. Semua titik ini terletak di bidang rotasi benda yang dipertimbangkan. Tiga titik pertama berada pada garis yang menghubungkan pusat massa dua benda sedemikian rupa sehingga L1 terletak di antara benda-benda tersebut, dan L2 dan L3 di belakang masing-masing benda. Titik L4 dan L5 terletak sehingga jika Anda menghubungkan masing-masing dengan pusat massa dua benda sistem, Anda akan mendapatkan dua segitiga identik di ruang angkasa. Gambar di bawah menunjukkan semua titik Lagrange Bumi-Matahari.
Panah biru dan merah pada gambar menunjukkan arah gaya yang dihasilkan ketika mendekati titik bebas yang sesuai. Dari gambar terlihat luas titik L4 dan L5 jauh lebih besar daripada luas titik L1, L2 dan L3.
Latar belakang sejarah
Untuk pertama kalinya, keberadaan titik bebas dalam sistem tiga benda yang berputar dibuktikan oleh matematikawan Italia-Prancis Joseph Louis Lagrange pada tahun 1772. Untuk melakukan ini, ilmuwan harus memperkenalkan beberapa hipotesis dankembangkan mekanika Anda sendiri, berbeda dengan mekanika Newton.
Lagrange menghitung titik-titik L, yang dinamai menurut namanya, untuk orbit revolusi melingkar yang ideal. Pada kenyataannya, orbitnya berbentuk elips. Fakta terakhir mengarah pada fakta bahwa tidak ada lagi titik Lagrange, tetapi ada area di mana benda ketiga bermassa kecil membuat gerakan melingkar yang mirip dengan gerakan masing-masing dari dua benda besar.
Titik gratis L1
Keberadaan titik Lagrange L1 mudah dibuktikan dengan alasan berikut: mari kita ambil contoh Matahari dan Bumi, menurut hukum ketiga Kepler, semakin dekat benda dengan bintangnya, semakin pendek periode rotasi di sekitar bintang ini (kuadrat periode rotasi tubuh berbanding lurus dengan pangkat tiga jarak rata-rata dari tubuh ke bintang). Artinya, setiap benda yang terletak di antara Bumi dan Matahari akan berputar mengelilingi bintang lebih cepat dari planet kita.
Namun, hukum Kepler tidak memperhitungkan pengaruh gravitasi benda kedua, yaitu Bumi. Jika kita mempertimbangkan fakta ini, maka kita dapat berasumsi bahwa semakin dekat benda ketiga bermassa kecil ke Bumi, semakin kuat oposisinya terhadap gravitasi matahari Bumi. Akibatnya, akan ada titik di mana gravitasi Bumi akan memperlambat kecepatan rotasi benda ketiga mengelilingi Matahari sedemikian rupa sehingga periode rotasi planet dan benda menjadi sama. Ini akan menjadi titik bebas L1. Jarak ke titik Lagrange L1 dari Bumi adalah 1/100 dari jari-jari orbit planet di sekitarbintang dan berjarak 1,5 juta km.
Bagaimana area L1 digunakan? Ini adalah tempat yang ideal untuk mengamati radiasi matahari karena tidak pernah ada gerhana matahari di sini. Saat ini, beberapa satelit berada di wilayah L1, yang terlibat dalam studi angin matahari. Salah satunya adalah satelit buatan Eropa SOHO.
Untuk titik Lagrange Bumi-Bulan ini, terletak sekitar 60.000 km dari Bulan, dan digunakan sebagai titik "transit" selama misi pesawat ruang angkasa dan satelit ke dan dari Bulan.
Titik gratis L2
Berdebat serupa dengan kasus sebelumnya, kita dapat menyimpulkan bahwa dalam sistem dua benda revolusi di luar orbit benda bermassa lebih kecil, harus ada area di mana penurunan gaya sentrifugal dikompensasi oleh gravitasi tubuh ini, yang mengarah pada penyelarasan periode rotasi tubuh dengan massa yang lebih kecil dan tubuh ketiga di sekitar tubuh dengan massa yang lebih besar. Area ini adalah titik gratis L2.
Jika kita memperhatikan sistem Matahari-Bumi, maka ke titik Lagrange ini jarak dari planet akan sama persis dengan titik L1, yaitu 1,5 juta km, hanya L2 yang terletak di belakang Bumi dan lebih jauh dari matahari. Karena tidak ada pengaruh radiasi matahari di wilayah L2 karena perlindungan bumi, digunakan untuk mengamati Semesta, memiliki berbagai satelit dan teleskop di sini.
Dalam sistem Bumi-Bulan, titik L2 terletak di belakang satelit alami Bumi pada jarak 60.000 km darinya. Di bulan L2ada satelit yang digunakan untuk mengamati sisi terjauh bulan.
Poin gratis L3, L4 dan L5
Titik L3 dalam sistem Matahari-Bumi berada di belakang bintang, sehingga tidak dapat diamati dari Bumi. Titik tidak digunakan dengan cara apa pun, karena tidak stabil karena pengaruh gravitasi planet lain, seperti Venus.
Titik L4 dan L5 adalah wilayah Lagrange yang paling stabil, jadi ada asteroid atau debu kosmik di dekat hampir setiap planet. Misalnya, hanya debu kosmik yang ada di titik Lagrange Bulan ini, sedangkan asteroid Troya terletak di L4 dan L5 Jupiter.
Kegunaan lain untuk titik gratis
Selain untuk memasang satelit dan mengamati ruang angkasa, titik Lagrange Bumi dan planet lain juga dapat digunakan untuk perjalanan ruang angkasa. Ini mengikuti dari teori bahwa bergerak melalui titik Lagrange dari planet yang berbeda secara energik menguntungkan dan membutuhkan sedikit energi.
Contoh menarik lainnya dalam menggunakan titik L1 Bumi adalah proyek fisika seorang anak sekolah Ukraina. Dia mengusulkan untuk menempatkan awan debu asteroid di daerah ini, yang akan melindungi Bumi dari angin matahari yang merusak. Dengan demikian, titik tersebut dapat digunakan untuk mempengaruhi iklim seluruh planet biru.
