拉格朗日點：能夠使一個小物體在兩個天體引力作用下保持穩定

2018年5月21日，「鵲橋」號中繼星發射升空，為我國探月工程提供了一個中轉信號發射和接受的平臺，讓我國的嫦娥四號能夠從月球背面傳回許多寶貴的試驗數據，甚至到今天，我們還能看到嫦娥四號和玉兔二號月球車在月球背面工作，可以說「鵲橋」號中繼星起到非常關鍵的作用。

「鵲橋」號中繼星的主要任務就是為嫦娥四號著陸器和玉兔二號月球車提供信息的傳遞，並將信息反饋給地面工作人員，是一種不做任何數據處理，只做信號收發中轉的通信衛星。而「鵲橋」號中繼星能做到這些，和它所處的一個位置有關，這個位置便是地月之間的拉格朗日點。

嫦娥四號探測器

或許很多人對拉格朗日點是什麼還不是很了解，這便來解釋一下什麼叫拉格朗日點。

拉格朗日點是指受兩大物體引力作用下，能夠使小物體穩定的點，也就是說一個小物體在兩個大物體的引力作用下在空間中的一點，在該點處，小物體相對於兩大物體基本保持靜止。

「鵲起」號中繼星正是處於這個點上，它便能相對於地球和月球兩個天體之間保持靜止，不會因為自轉是偏移導致信號無法接受。

「鵲橋」號中繼星

拉格朗日點上的小物體相對於兩大物體保持靜止，那麼，這個點又是怎麼發現的呢？

拉格朗其實是一個人名來的，拉格朗是18世紀的力學和天文學家，他在1772年時便發表了一篇關於「三體問題」的論文，他的論文指出，如果在某一時刻，三個運動物體恰恰處於等邊三角形的三個頂點，那麼給定初速度，它們將始終保持等邊三角形隊形運動。

後來，在1906年有天文學家首次發現運動於木星軌道上的小行星在木星和太陽的作用下處於拉格朗日點上，而此後，也先後發現了許多拉格朗日點，同時也進一步的發現，在自然界各種運動系統中，都存在拉格朗日點，也就是說，對於每兩個相對運動的行星，其必然存在一個能夠使小物體保持相對靜止的點。

而為了紀念拉格朗做出的貢獻，所以，對於小物體相對於兩大物體基本保持靜止的這個點，便叫做「拉格朗日點」了。

對於這個特殊的拉格朗日點，它又有多少個這樣的點，分別具有什麼作用呢？

據天文學家的推論，這樣的拉格朗日點共有5處，其中有兩個是穩定的，而「鵲橋」號中繼星便是處於其中一個穩定的拉格朗日點上。

這五個拉格朗日點分別是：

5個拉格朗日點分布

L1：位於兩天體的連線上，且位於他們之間，這時，物體的軌道周期恰好等於地球的軌道周期同時因為太陽引力減少多物體的拉力，所以太陽及日光層探測儀一般都是放置在這個點上。

L2：在兩個大天體的連線上，且在較小的天體一側，而在這個點上，軌道周期變得與地球的相等。

而「鵲橋」號中繼星便恰好位於這個點，使中繼星相對於地球和月球保持靜止，也就是說中繼星、地球和月球三個物體始終連成一條線，這樣中繼星便能一直接收到地球或月球傳回、發出的信號了。

當然，這個拉格朗日點還有一個作用，在這個點上，物體可以保持背向太陽和地球的方位，易於保護和校準。其中有名的詹姆斯·韋伯太空望遠鏡這個點上。

L3：在兩個大天體的連線上，且在較大的天體一側，在這個點上，地球與太陽的合拉力再次使物體的運行軌道周期與地球相等，而這個點其實就是相當於在一條線上存在兩個地球，而太陽恰好位於這條線的中間位置，但目前對於這個拉格朗日點，還未能很好的利用起來。

L4：在以兩天體連線為底的等邊三角形的第三個頂點上，且在較小天體圍繞兩天體系統質心運行軌道的前方。此點穩定的原因在於，它到兩大物體的距離相等，其對兩物體分別的引力之比，正好等於兩大物體的質量之比。

L5：在以兩天體連線為底的等邊三角形的第三個頂點上，且在較小天體圍繞較大天體運行軌道的後方，而L4和L5有時稱為「三角拉格朗日點」或「特洛伊點」。

可以說，對於拉格朗日點來說，只要L1和L2科學家才利用得多，尤其是L2位置的拉格朗日點，無論是對於衛星通訊還是宇宙探索，都有著十分重要的作用，而這兩個點也是穩定存在的。

結語：天體力學是驗證拉格朗日點存在的理論依據，對於拉格朗日點的理論和應用，未來或將更全面吧，甚至在火星及其他行星，都會在拉格朗日點上布置太空飛行器，或是用來通訊，或是用來探測等，簡單來說，未來對於拉格朗日點的應用將會更多吧！

本文參加，為原創文章。