懸停太空，250年前數學家的“夢”是如何實現的！

250年前，數學家歐拉根據旋轉的二體引力場推算出三個特解，分別用L1、L2、L3來表示，5年后的1672年，數學家拉格朗日又求解出其余兩個特解，至此，天體力學領域的拉格朗日點正式進入人們的視野，只不過當時的人們并不知道，在兩百多年后的太空時代，當年數學家的計算結果或許就是人類的未來。

拉格朗日點，不同位置的不同表示

乖巧的舉手說，森sei！那到底什么才是拉格朗日點啊？

這不剛講過嘛！我再給你重復一遍：“250年前，數學家歐拉......”

森sei，偶覺得你的講述方法應該改變一下！

是么？！其實這樣我也略微的不自在！

下面開始正題兒喲

簡單來說，在太陽和地球之間這樣的環繞運行的天體間，有五個位置區域，在這里放入一個質量相比前兩者很小的物體，可以使其受力平衡的懸停在兩者之間。打個比方！如果老師輕舒麒麟臂把你的手機發射到在了這個地方，將會發生一件神奇的事情——太陽和地球對你手機的萬有引力與它自己運動中所受的離心力將達到平衡狀態，同學們，這意味著什么呢？

你得給我買一新手機！

......

這意味著如果我們把飛行器或是衛星運送到拉格朗日點上去，就可以實現長時間的相對地球和太陽都“靜止”的懸停。這在人類航天活動中可不一般，用你們的俗話說那就是“真太陽了狗了”。目前在全地球范圍來看，空間監測能力第一的就是美國，除了空間衛星數量大這個原因外，很關鍵的一點是美國在日地拉格朗日L1點上長期駐扎著空間環境監測衛星。早在上個世紀的1995年就發射了SOHO（Solar and Heliospheric Observatory太陽和日球層探測器）衛星，該衛星發射重量1850千克，有效載荷超過600千克，計劃工作時間3年，實際服役超過21年，現在仍在完成監視太陽活動的工作并實時將數據傳回地球，能夠如此長久的在軌工作，除了這顆衛星的質量真是好以外，更為關鍵的是日地L1點是一個相對靜止的區域，在這里懸停非常的節省燃料。

森sei！這樣的“拉格朗日點”還真是厲害啊！你前面說一共有五個，那干脆咱們也發射衛星，把其他四個點的位置都占上，這不就占得先機超越別國了嘛！

別急，咱們先來看看這五個點都在哪！

當年數學家歐拉算出的前三個點就是圖上的處在日地連線上的L1、L2、L3了，其中，處在太陽和地球之間的距離地球150萬千米的就是剛剛提到的L1點，除此之外，L2點位于太陽和地球連線的延長線上，和L1點的位置相比，剛好是在地球的背面，L3點則要遙遠一些了，在正對地球的太陽的另一面，距離我們超過3億千米。而另外兩個看起來位置“怪異”的L4和L5就是后來拉格朗日計算出來的，與前面3個點相比，L4和L5更接近真正意義上的點，下面咱們就簡單介紹一下他們。

L1點 “空間監測皇帝位，太陽地球兩頭看”

迄今為止，L1點的空間監測衛星有95年上去的SOHO、97年發射的ACE以及16年剛剛服役的DSCOVR三顆最著名，更膩害的是這三顆現在是同時服役中，與其他所有衛星相比，SOHO和ACE都堪稱爺爺級的了，足見L1點對衛星燃料的節省。另外，L1點的位置也是得天獨厚，全太陽系僅此一處，發射到這里的監測衛星，往前看是太陽，什么太陽風、耀斑、日冕物質噴射所產生的高能物質、粒子流、沖擊波全部要從它這里經過，反過來看呢，L1點距離地球150萬千米，這些可能威脅地球空間環境的物質是要飛一會兒的，當然了速度從幾千千米每秒到幾百千米每秒不等，都比姜黍的子彈快不少，但是也為空間天氣預報預警贏得了寶貴的時間。歷史上曾經發生過多次高能粒子流轟擊近地空間的事件，就是因為有了預警，宇航員才得以提前進入安全倉躲避。

人類空間飛行器到達拉格朗日點的情況

L2點 “躲到地球的背面去，寧靜致遠看星空”

L2點的位置很“安逸”，如果在這里架設一部望遠鏡，鏡筒指向浩瀚宇宙，那么，離他最近的月球、地球、太陽都將在視野之外，在解決了地面望遠鏡飽受大氣擾動摧殘問題的同時還獲得了前所未有的廣闊視角，這正是開展深空觀測的絕佳場所。現在，美國的威爾金森微波各向異性探測器（縮寫WMAP)正在L2點上觀測宇宙微波背景輻射。而人類到目前為止制造的最大口徑空間望遠鏡詹姆斯·韋伯望遠鏡也將被放置在日地L2點的位置上，還有一年，我們就有機會看到這部口徑達到6.5米，據說燒掉NASA20年預算經費的空間望遠鏡所拍攝的作品了。

L3點 “從未到達也不想去！除非你跟我有仇”

迄今為止，沒有任何航天計劃或是探測器軌道中出現過日地L3點這個地方，科幻小說里面倒是不止一次提到它。當然了，除非你是地球人不共戴天的敵人，不消滅不可，甚至連一丁點兒和談機會都沒有的“人”，跑到這個距離地球直線距離超過3億千米，掠過太陽時還可能連飛行器一起燒壞掉的日地L3點，倒真是一個相當安全并且隱秘的位置，因為從地球望去，這里完全被太陽擋住，啥也看不見。

掠過太陽的飛行是要付出代價的，掠日彗星被太陽風吹散的慧尾

L4、5點 “更像是點的點兒，未來人類可能的去向”

長期漂浮懸停在地球在外，YY圖

L1、L2、L3說是三個點，其實是三個區域，比如L1點，飛行器到達這里之后為了維持來自各方面的受力平衡，還是需要不斷的消耗燃料做出動態調整，而且飛行器還會按照一定的軌道運行。L4和L5則不同，這兩個點是處在太陽、地球以及其本身所構成的等邊三角形上，其受力平衡的區域還真的可以稱得上是個點，這對我們來說就是“真又太陽了狗了”。把生活艙部件在地球準備好，裝進運載火箭再加注好燃料，發射到這里，不用管了，回去再裝一車過來，前面來的艙體還在原地兒自己飄著呢，抓起來一組裝，新的空間站就有了，比現在的ISS好多了，至少不會自己往下掉，也不用經常的送燃料上去！那樣一來，一車車運送過來的都是“干貨”，而節省下來的運輸成本就可以專心搞建設了！到時候來個深空旅行中轉站，挖了個賽！今兒個我YY爽了，你們呢！

作者系中國氣象局國家空間天氣監測預警中心 Ocean