Насколько глубоко расположен силовой колодец точек Лагранжа L4 и L5 Земли-Солнца?

Точки Лагранжа — это точки в пространстве, где сумма гравитационного притяжения набора из двух тел и центростремительной силы вращения одного из них равна нулю. Особое свойство л 4 а также л 5 точек - в системе Земля-Солнце, расположенных на околоземной орбите на расстоянии одной шестой ее длины от Земли, в ведущем и ведомом направлениях соответственно, состоит в том, что они действительно устойчивы - при этом, как и в других лагранжевых точках, они являются локальными максимумами гравитационного поля, неустойчивая по гравитации сила Кориолиса совокупности тел создает там локальный минимум, локально преодолевая силу тяжести и заставляя их действовать подобно гравитационным колодцам; все, что подходит достаточно близко и движется достаточно медленно, останется там на неопределенный срок (или до тех пор, пока не столкнется с достаточно быстрым метеоритом).

Это делает их очень интересными с точки зрения исследования космоса, как потенциальные точки, где могут находиться, например, обсерватория дальнего космоса, не затронутая требованием постоянного вращения вокруг Земли; также ожидается, что они собрали довольно много метеоритов и пролили некоторый свет на историю Земли, и в целом обеспечили очень ценную точку на стабильном расстоянии от Земли, а не только над ее поверхностью.

Теперь я знаю сумму сил, удерживающих тела внутри л 4 а также л 5 является довольно слабым . Меня интересует , насколько он слаб. Так как это всего лишь пустые точки в пространстве, а не планеты с собственной гравитацией, очевидно, что многие измерения неприменимы, но я думаю, мы могли бы получить что-то ориентировочное, например, какова скорость убегания от "силового колодца" этих точек, что это центростремительное ускорение в «самой крутой части их склонов» или что-то в этом роде.

Меня очень интересует, потребуется ли космической станции, расположенной там, активная стабилизация, чтобы предотвратить побег от них, или, наоборот, они будут стоить значительного дополнительного топлива и энергии только для того, чтобы убежать от них.

[см. комментарии для обсуждения - в этом вопросе раньше задавался вопрос о «гравитационном колодце» этих точек, но было показано, что на самом деле их нет, поскольку они максимальны, как и другие; тем не менее, сила Кориолиса, кажется, действует там как гравитация для всех практических целей, и мне было бы очень интересно узнать, насколько она сильна.]

концепция межпланетной магистрали также опирается на гравитационные колодцы точек Лагранжа, посмотрите, можете ли вы найти что-то связанное с соответствующей статьей в Википедии.
@Manishearth: Интересно, что ответы по вашей ссылке предполагают, что сила, которая делает эти точки стабильными, - это сила Кориолиса - в то время как гравитация находится в равновесии (не мешает), именно сила Кориолиса не позволяет объектам покинуть места. Это означало бы, что g, гравитационного ускорения нет, но есть жизнеспособная замена, измеримое центростремительное ускорение, возникающее из-за силы Кориолиса. Это не гравитационный колодец, но, тем не менее, колодец измеримой силы.
Относительно низкая скорость убегания от точки Лагранжа используется в концепции межпланетной транспортной сети , смотрите там исходники статей. Смутно связанный вопрос
Я думаю, что «и центростремительная сила вращения одного из них в сумме равна нулю» следует читать «и центробежная сила вращения обоих из них в сумме равна нулю». Точки Лагранжа обычно описываются во вращающейся системе отсчета, где существует несуществующая центробежная сила. Точки Лагранжа вращаются вокруг обоих тел в одном направлении и с одинаковым периодом.

Ответы (2)

L4 и L5 стабильны в идеальном круговом сценарии с тремя телами, где центральное тело в 26 раз массивнее, чем вращающееся тело. Но это не очень точная модель для реального мира. Хотя Солнце намного массивнее, чем масса Земли в 26 раз, на него оказывают влияние более 3 тел.

Когда я включил влияние Солнца в свои орбитальные симуляции, L4 и L5 Земля-Луна были дестабилизированы влиянием Солнца. Я не смотрел на Солнце-Землю L4 и L5, но я ожидаю, что влияние Венеры дестабилизирует троянов Земли. Венера будет проходить в пределах 0,28 а.е. от земного трояна каждые 1,6 года (синодический период Венеры-Земли). Юпитер также оказывает существенное влияние.

У Юпитера куча троянов. Но за пределами Солнца Юпитер, безусловно, самая большая лягушка в пруду. Трояны Юпитера менее уязвимы для возмущений со стороны более слабых планет.

Так что рискну предположить, что скорость убегания из троянских регионов Солнце-Земля равна 0 км/с.

Редактировать: Погуглил, есть троян Земли 2010 TK7 . Но это не очень стабильно. Википедия говорит:

Орбита 2010 TK7 имеет хаотический характер, что затрудняет долгосрочные прогнозы. До 500 года нашей эры он, возможно, колебался вокруг точки Лагранжа L5 (60 градусов позади Земли), прежде чем перейти в L4 через L3. Также возможны кратковременная неустойчивая либрация около L3 и переходы на подковообразные орбиты.

Перечитывая этот ответ, в начале следует указать, что L4 и L5 (линейно) стабильны в идеальном CR3BP для соотношений масс ниже критической массы ( мю < 0,038 ), что справедливо для системы Земля-Луна.
Я даже не думал о μ в контексте этого вопроса, поскольку солнце намного больше земли. Но вы правы - я попытался исправить свой ответ. Я не уверен, что вы подразумеваете под (линейно) стабильной.
@jah138, возможно, вы могли бы ответить на один из моих вопросов: astronomy.stackexchange.com/questions/3595/…

Вероятно, лучший способ думать о гравитационных колодцах — это посмотреть на дельта-V, необходимую (пропорциональную энергии, необходимой для данной массы), чтобы двигаться из одной точки в другую в колодце. Эта графика особенно хороша. Из него можно вычислить дельту-V, чтобы «обойти окрестности».

Если бы этот график содержал переход L4/5 -> L3, это в значительной степени ответило бы на мой вопрос.
Это не совсем бесконечно мало - поскольку L4/5 оба являются «устойчивым равновесием», поэтому им нужна некоторая скорость убегания.
Да @SF. Я исправляюсь. Конечно, требуется ненулевая энергия.
На самом деле это очень интересный вопрос. Оказывается, L4/L5 устойчивы за счет сил Кориолиса, а не за счет поверхности потенциальной энергии. На самом деле они представляют собой локальные максимумы на поверхности потенциальной энергии. Смотрите это: physics.stackexchange.com/questions/36092/…
См. комментарии под моим вопросом выше ;) Хотя я согласен, это интересно - энергия выхода из Силы Кориолиса, ну?