韋伯望遠鏡與L2拉格朗日點

影片載入中。。。

韋伯太空望遠鏡的軌道:距地球150萬公里的L2拉格朗日點。

很多文章上說,L2拉格朗日點是地球與太陽的“引力平衡點”,但,這種解釋是錯誤的!

由於韋伯望遠鏡的使命,是用來觀測宇宙誕生之初最早出現的光線(130億光年以外的宇宙深處),同時由於宇宙膨脹的原因,這些當初的可見光已經產生了“紅移”變成了紅外線,因此韋伯太空望遠鏡是一架工作在近紅外波段的紅外線太空望遠鏡——相比之下,哈勃望遠鏡主要工作在可見光波段。

但是任何溫度高於絕對零度(-273。15℃)的物體都會產生紅外輻射,對觀測產生干擾。因此韋伯望遠鏡必須使自身溫度降低到接近絕對零度的低溫才能正常工作——按照設計要求,韋伯望遠鏡的環境溫度必須始終保持在-225℃以下。

為了做到這一點,韋伯望遠鏡除了張開5層網球場般大小的薄膜式遮陽傘用來遮擋陽光(因為陽光照射的一面溫度高達85℃),還要儘量躲藏在地球的陰影中才行。

如何讓韋伯望遠鏡始終躲藏在地球的陰影中呢?

第一個前提是:要讓韋伯望遠鏡伴隨地球一起繞太陽公轉;第二,當韋伯望遠鏡出現軌道偏差時(跑出地球陰影之外)要立即進行軌道調整。

但是由於韋伯望遠鏡攜帶的燃料有限,無法透過在軌的火箭發動機日復一日地對軌道進行調整,解決的辦法就是讓韋伯太空望遠鏡位於日-地軌道的L2拉格朗日點上。

可以這樣通俗地理解L2拉格朗日點:當韋伯望遠鏡在地球的陰影中伴隨地球一起繞太陽公轉時,有時它會比地球跑得快一點,這樣它就可能會跑出地球的陰影——這時候由於地球落後於韋伯望遠鏡,那麼地球的引力會讓韋伯望遠鏡減速並把它拉回來,讓其重新回到地球陰影中。但是這種減速作用可能會有點過頭,讓韋伯望遠鏡的減速過多,因此過一段時間韋伯望遠鏡又會落在地球后面,將再次離開地球的陰影,此時跑在前面的地球會利用引力使韋伯望遠鏡加速……如此週而復始,在不必消耗任何火箭燃料的情況下,使韋伯望遠鏡始終保持在地球的陰影之中,確保其工作的環境溫度不高於-225℃。

但是,實際的情況更加複雜。由於地球的衛星月球在距地球38萬公里的軌道上繞地球公轉,並與地球同步繞太陽公轉,月球的引力也會對韋伯望遠鏡的軌道產生擾動。因此,韋伯望遠鏡在太空中實際的執行軌跡,就是我們在影片當中看到的及其複雜的曲線——在畫大圈兒的同時又在不停地畫小圈兒,可以將其稱之為“太空漂移”。

如此複雜的軌道設計,目的只有一個:利用地球和月球的引力作用,不停地對韋伯望遠鏡進行加速和減速,使其儘可能地保持在地球的陰影中。

這就是日-地L2拉格朗日點。

與此類似,中國用於探月工程的中繼衛星“鵲橋”,則處於地-月L2拉格朗日點上。