iPon Cikkek

Célra tarts, tűz! – a Lagrange-pontok

Dátum | 2013. 08. 04.
Szerző | Jools
Csoport | EGYÉB

Az emberi felfedezőutak története mindig is szorosan összefonódott valamiféle konkrét, földrajzilag meghatározható céllal. Nem volt ez másképp az űrutazásban sem: az Apollo-programban például a tudományos és technikai vívmányokon túl szintén nagyon lényeges volt zászlókat és lábnyomokat is hagyni a Holdon, vagyis jelezni, hogy az emberiség eljutott az égitestre. Napjaink egyik új űrkutatási terve azonban az űr üres, bár kétségkívül különleges tulajdonságokkal bíró pontjainak meghódítására irányul. Vegyünk bármilyen két egymás körül keringő égitestet, egy csillagot és bolygóját, vagy egy bolygót és annak egy holdját, ebben a kettős rendszerben létezni fog öt olyan pont, ahol a két test egymásra kifejtett erőhatásai kiegyenlítik egymást, vagyis egy ezen pontokba helyezett kisebb objektum a két nagyobb égitesthez képest nyugalomban marad. A pontok elrendeződése egy kifeszített íjra emlékeztet, nevüket pedig egy francia-olasz matematikus, Joseph-Louis Lagrange után kapták, aki egy 1772-ben megjelent esszéjében a Nap−Föld-rendszer viszonylatában két ilyen helyet is leírt. Ha egy megfelelő sebességgel haladó műhold vagy aszteroida megtalálja útját egy egyik rendszer Langrange-pontjának közelébe a két égitesthez képest stacionárius pályán halad tovább, mintha egy rúddal hozzájuk lenne erősítve. Az objektum pozícióban tartásához ilyenkor minimális energia is elegendő, ami egy űreszköz esetében rendkívüli módon lecsökkentheti az üzemanyag-fogyasztást. Más pályák esetében jóval több energiára van szükség adott magasság megtartásához, hiszen a felsőlégköri részecskékkel való ütközések hatása, és a kiegyenlítetlen gravitációs erők ellen is dolgoznia kell a járműnek.

Egységes elnevezésük ellenére egy rendszer Lagrange-pontjai közel sem egyformák azonban: karakterükben és stabilitásukban is nagyban különböznek. Ahol a csillagok és a bolygók gravitációs kutaknak tekinthetők, a Lagrange-pontok különféle formájú hegyek, dombok. Vegyük például a Nap−Föld-rendszer esetét. Az L1-es jelzésű pont nagyjából másfél millió kilométerre található a Földtől, a Nap irányába. Ez a pont nagyon instabil, az ide kerülő kisebb testek csak nagyon rövid ideig képesek ott maradni, mintha egy hegycsúcs legtetején próbálnánk egyensúlyozni egy labdát – a Föld és a Nap gravitációs erői folyamatosan ide-oda rángatják az L1 közelében levő objektumokat. Az Föld Nappal ellentétes oldalán, illetve a Nap túloldalán található L2 és L3 pontok jelentősen stabilabbak − a gravitációs domb itt már egy kisebb fennsíkkal bír. A legstabilabb Lagrange-pontok a Nap szemszögéből tekintve 60 fokkal a Föld mögött és előtt találhatók (L4, L5), ezek esetében olyan, mintha egy elnyújtott formájú kráter is lenne a hegy csúcsán, az ebben „megülő” objektumok esetében a tehát a kimozdításhoz kell energiát befektetni, mert ha rajtuk múlik, a helyükön maradnak. A Nap−Jupiter-rendszer L4 és L5 pontjai jó példát jelentenek erre: közvetlen környezetükben számtalan aszteroida csoportosul. Csak napjainkban kezdjük igazándiból felfedezni az űr ezen érdekes területeiben rejlő lehetőségeket: a stabil Lagrange-pontok kiváló helyek lehetnek bázisok, űrbéli kilövőállomások, érzékeny teleszkópok vagy hosszabb küldetések esetén igénybe vehető pihenőhelyek számára. Az Európai Űrügynökség (ESA) idén szeptemberre tervezi a Gaia nevű űrobszervatórium fellövését, amelyet az L2-ben, tehát Föld Nappal ellentétes oldalán kívánnak elhelyezni, mintegy 1,5 millió kilométerre bolygónktól, központi csillagunk körüli pályán.

A Föld légkörétől és a Nap perzselő melegétől is biztonságos távolságban található helyszín jóval kedvezőbb környezetet nyújthat az űrtávcső érzékeny műszerei számára, mint az bármilyen más pályán lehetséges lenne. Mivel az űreszköz ráadásul folyamatosan bolygónk éjszakai oldalának szomszédságában halad majd, jóval tisztább képet közvetíthet a világűrről. De a Gaia nem az első olyan ember által létrehozott eszköz, amely ellátogat az L2 pontra: korábban négy éven keresztül a Herschel űrtávcső foglalta el ezt a helyet, majd közel egy évig (tavaly áprilisig) a Chang’e–2 holdszonda tartózkodott ott. (Az említett űreszközök a Lagrange-pontba eljutva nem „egy helyben” állnak, hanem ingaszerű mozgást végeznek a liberációs pontnak is nevezett középpont körül.) Még ambiciózusabbnak tűnik az az ötlet, miszerint a különféle rendszerek Langrange-pontjai hídfőállásokként szolgálhatnának a mélyűr meghódítása során. Elméletben elképzelhető lenne, hogy egy ottani bázis felépítéséhez szükséges anyagokat egyszerűen kipakolják az L4 vagy az L5 pontba, majd újabb szállítókörre indulnak, amíg minden meg nem érkezik, és megkezdődhet az építkezés. Az összeszerelési munkálatok is jelentősen leegyszerűsödnének, valamint a rendkívül stabil pálya révén bármikor könnyen megtalálható lenne az állomás. A NASA munkatársai jelenleg is egy olyan projekt előzetes tervein dolgoznak, amelynek keretében egy emberi tartózkodásra is alkalmas űrállomást hoznának létre a Föld−Hold-rendszer L2 Langrange-pontjában, vagyis a Holdon túl, annak felszínétől 68 ezer kilométerre. (Ilyen távolságban még sosem járt ember.) Brand Griffin, az űrügynökség fejlesztési irodájának munkatársa egy idén tartott konferencián azt javasolta, hogy egy létező rakétarendszert alakítsanak át erre a célra. Az Egyesült Államok első űrállomása (1973−1979) után elnevezett Skylab II a jövőben aztán még távolabbra irányuló küldetések kezdőállomása lehetne. A Lagrange-pontról induló űreszközöknek ugyanis nem lenne szükségük óriási hordozórakétákra, hogy legyőzzék a Föld gravitációját, hanem minimális erőfeszítéssel haladhatnának a Lagrange-pontok között húzódó, energetikailag optimális pályákon − ezen útvonalak rendszerét tréfásan csak Bolygóközi Szupersztráda néven emlegetik a szakértők.

Mivel a Lagrange-pontok mindegyike valamilyen mértékben instabil, a belőlük kibillenő objektumokat elviekben lehetséges olyan pályára állítani, amely aztán a rendszer következő ilyen pontjára irányítja a járművet. „Nem ezek persze a leggyorsabb útvonalak, de nagyon energiatakarékosak” – magyarázza Andrew Johnston, a Smithsonian Intézet geográfiai kurátora, aki nemrégiben egy navigációval kapcsolatos kiállítást rendezett a Nemzeti Légügyi és Űrkutatási Múzeumban. A szakértő az ilyen űreszközök haladását ahhoz hasonlította, mintha egy óceánjáró hajó elsődlegesen az áramlatok hátán, azokat kiaknázva igyekezne eljutni céljához. Ez az opció kétségkívül lassú, de üzemanyag-fogyasztás szempontjából rendkívül gazdaságos. A merészebb elképzelések szerint maguk a Lagrange-pontok idővel állandó állomáshelyekké válhatnak, ahol az arra járó űreszköz feltöltheti készleteit és elvégezheti az esetleges javításokat. Az ehhez szükséges nyersanyagokat pedig akár helyben is elő lehetne teremteni, például aszteroidák bányászata révén, magyarázza Martin Lo, az űrügynökség sugárhajtású laboratóriumának (JPL) munkatársa, aki többek közt a Genesis-küldetés megtervezésében is részt vett. A 2001-ben felbocsátott űrszonda a Nap−Föld-rendszer L1 és L2 pontja közti alacsony energiaigényű pályát használta útja során, és közben a napszélből gyűjtött mintákat. „Ezen útvonalak kiaknázása révén különféle irányokban 2 millió kilométerre távolodhatunk el a Földtől úgy, hogy közben alig használunk üzemanyagot” − folytatja Lo. Az út persze hosszú ideig, hetekig, hónapokig vagy akár évekig is eltarthat, attól függően, hogy melyik rendszerről beszélünk. A Bolygóközi Szupersztrádán haladva a Jupitertől a Szaturnuszig nagyjából 100 földi évig tartana az út – a Voyager−1 ezt a távot nem egészen 21 hónap alatt teljesítette 1979−80 folyamán. Ez a lassú haladás emberi utazások végrehajtására nem igazán optimális, már csak azért sem, mert az emberi szervezet hosszú távon nehezen viseli a különféle kozmikus sugárzások hatásait.

Az optimális pályák kiszámítása ráadásul még számítógépekkel sem könnyű feladat, annyira komplex rendszerekről van szó. A „Lagrange-úthálózat” ugyanis az égitestek mozgásának megfelelően folyamatosan változik, így már egyetlen téves időzítés is elég ahhoz, hogy a szonda vagy űrhajó letérjen a helyes útvonalról. Ebben a rendszerben a hosszabb utak precíz megtervezése egyelőre még meghaladja az emberiség tudásszintjét. És bár a Lagrange-pontok egy energetikailag rendkívül kedvező úthálózat csomópontjai, az erre való „fehajtás” közel sem olcsó mulatság. A Föld−Hold-rendszer L2 Lagrange-pontjára való eljutás a Skylab II tervezőinek előzetes becslése szerint alkalmanként nagyjából 2 millió dollárba kerülhet. Ennek megfelelően szó sem lehet olyan gyakori ide-oda ingázásról, mint a Nemzetközi Űrállomás esetében történik. A Skylab II űrhajósai jóval hosszabb küldetésekre, és ritkább teherutánpótlásokra számíthatnak majd. Az űrben való hosszabb tartózkodás, főként ilyen messzire a Föld védelmet nyújtó magnetoszférájától, ráadásul komoly egészségi kockázatokkal jár, és nem is kizárólag a sugárzások miatt. Az emberi szervezet megfelelő működéséhez ugyanis elengedhetetlen a gravitáció, ami ezekben a kitüntetett pontokban hiányzik. A Nemzetközi Űrállomáson közel súlytalan körülmények közt szolgálatot tevő űrhajósok folyamatosan gyakorlatokat végeznek, hogy minimalizálják a fellépő csont- és izomproblémákat. Valamiféle mesterséges gravitációt biztosító rendszer megoldást jelenthetne, ezek fejlesztése azonban egyelőre nem sok eredménnyel kecsegtet.

A Lagrange-pontokra irányuló küldetésekkel akad egy másik, inkább lélektaninak nevezhető probléma is: célpontokként nem igazán férnek össze a „klasszikus” felfedezőutak szellemiségével. „Hogyan küldhetünk bárkit is a Lagrange-pontokra, ha egyszer nincs ott semmi?” – teszi fel a kérdést Dan Lester, a Texasi Egyetem csillagásza. A korai embercsoportokat az új, gazdagabb területek megismerése hajtotta útjukon. A kora-újkori európaiak egy „új világot” keresve vágtak neki az óceánnak. És persze napjaink turistáinak is mindig megvan a saját célja, hogy mit akarnak megnézni, mit akarnak kipróbálni egy adott helyszínen. Az emberi felfedezőutak fontos eleme, hogy szeretjük otthagyni lábunk nyomát, ahová eljutottunk, legyen az egy újonnan felfedezett sziget, egy egész kontinens, vagy netán egy másik égitest, mondja Lester. Ilyen mentalitás mellett pedig a Lagrange-pontokat nagyon nehéz lesz felfedezésre érdemes célpontokként „eladni” a nagyközönségnek, egyszerűen azért, mert ezek nem rendelkeznek azokkal az attribútumokkal, amelyeket a fejünkben egy meghódítandó helyhez kapcsolunk. Az űr ezen kitüntetett pontjaira inkább úgy kellene gondolnunk, mint még távolabbi célok felé vezető ugródeszkákra, véli a szakértő. A Lagrange-pontokban létesített űrállomásokról „távirányított felfedezések” lehetnének vezérelhetők: emberi irányítók utasításait végrehajtó robotok szállnának le a környékbeli égitestekre, ahol mintákat gyűjtenének és elemeznének. Egy adott rendszer egy stabilabb Lagrange-pontjában parkoló űrhajó folyamatosan összeköttetésben maradhatna a Curiosity-hez hasonló robotfelfedezővel. A Mars esetében sajnos ez nem opció, mivel a bolygó aprócska holdjainak egyikével sem formál kellően stabil pontokat, a Nap−Mars-rendszer ilyen helyszínei pedig túlságosan messzire esnek a vörös bolygó felszínétől a távirányított felfedezőutak megvalósításához. A felfedezés persze nem kizárólag egy új terület, egy hegycsúcs vagy egy mély árok felderítéséről szólhat, hanem bármilyen ismeretlen dolog megismerése ebbe a kategóriába esik, még ha a meghatározott, és kellően „látványos” céllal nem rendelkező küldetések iránt jóval visszafogottabb is az érdeklődés. Ahogy a 19. századi felfedezők feltérképezték az óceáni áramlatokat a tudás későbbi felhasználhatóságának reményében, napjainkban ugyanúgy szükség lenne közvetlen űrbéli környezetünk természetes útvonalainak hasonló feltérképezésére. És ha minden megtudhatót megtudunk a Föld−Hold, illetve a Nap−Föld rendszerének Lagrange-útvonalairól, talán bátrabban vesszük majd célba távolabbi rendszerek hasonló tulajdonságokkal rendelkező helyeit is.
Új hozzászólás írásához előbb jelentkezz be!

Eddigi hozzászólások

9. rtagore
2013.08.04. 15:45
E szerint van még két Lagrange-pont:
esemenyhorizont.uw.hu/2006/lagrange.html
 
Válasz írásához előbb jelentkezz be!
8. spdrfx
2013.08.04. 18:18
Linkeld ujra kerlek, koszi.
 
Válasz írásához előbb jelentkezz be!
7. rtagore
2013.08.04. 18:45
Kijelöltem, bemásoltam a linkmezőbe, és nálam semmi probléma.
 
Válasz írásához előbb jelentkezz be!
6. rtagore
2013.08.04. 18:52
esemenyhorizont.uw.hu/2006/lagrange.html
 
Válasz írásához előbb jelentkezz be!
5. mikej95
2013.08.04. 20:56
Elég nagyszabású terveik vannak, de még mindig csak a Holdra jutott el élő ember, arról nem is beszélve, hogy mennyire 'érdekesek' az első felvételek(az Állítólag-ban elég belemagyarázós mellébeszélés szaga volt 1-2 cáfolatnak)

rtagore: Az URL szöveg után tegyél egy egyenlőségjelet és után a link. A link megjelenő szövege a két kapcsos-zárójeles doboz közé kerül. Egyszerű HTML kód, olvasd el wikipédiát.
 
Válasz írásához előbb jelentkezz be!
4. gargantu
2013.08.05. 08:19
Ezt azért érdemes figyelembe venni:

Az Eseményhorizont Magazin paratudományos írások honlapja.
Az itt olvasható írások nem tükrözik a tudomány mai álláspontjait.

 
Válasz írásához előbb jelentkezz be!
3. opac
2013.08.05. 13:21
Úgy látszik a -ba, -be és a -ban, -ben közötti különbséget ez a kedves cikkíró sem ismeri. Csak azt nem tudom miért kell kikapcsolni a helyesírás ellenőrzést.....
 
Válasz írásához előbb jelentkezz be!
2. pro230
2013.08.05. 17:40
Pontosan hol is van hiba a -ba, -be, -ban, -ben végződésekkel?
 
Válasz írásához előbb jelentkezz be!
1. enisherpa
2013.08.07. 21:50
Az a "liberációs pont" véletlenül nem librációs pontnak indult? [LINK]
 
Válasz írásához előbb jelentkezz be!