Lagrangian Point คืออะไร ทำไมยานอวกาศถึงต้องไปอยู่ตรงนั้น (2)
รูปภาประกอบบทความ ที่มา - spaceth.co
หากใครเคยสังเกตวงโคจรของดาวเทียมในจุด Lagrange จะเห็นว่าวงโคจรมันจะแปลก ๆ คือวนไปวนมาอยู่บริเวณเดิมตลอดเวลาไป ๆ มา ๆ เป็นวงรีแถมมันโคจรรอบอะไรก็ไม่รู้ด้วยเพราะว่าตรงนั้นมันไม่มีวัตถุอะไรให้โคจรรอบ หากนึกภาพไม่ออกมันก็คือวงโคจรแบบนี้นั่นเอง
เหตุผลที่เป็นแบบนี้ก็เพราะว่าความไม่สมดุลของจุด Lagrange นั่นเอง จุด Lagrange ทั้ง 3 จุด คือ L1, L2 และ L3 คือจุด Lagrange ที่ไม่เสถียรอันเนื่องมาจากคุณสมบัติของตัวมันเองที่มีลักษณะเป็นเพียงแค่ “จุด” L1, L2 และ L3 มันคือจุดเล็ก ๆ เพียงจุดเดียวเท่านั้นที่สมดุล หากวางดาวเทียมคลาดเคลื่อนไปแม้แต่นิดเดียวมันก็จะไม่เสถียรทันทีและค่อย ๆ เสียสมดุล L1, L2 และ L3 เปรียบเสมือนจุดสมดุลบนลูกบอลแล้วเราพยายามเอาลูกแก้วไปวางบนลูกบอล มันจะไม่มีทางอยู่ในสภาวะที่เสถียร 100% ได้อย่างแน่นอนและเมื่อมันเริ่มไม่เสถียรมันก็จะเสียความเสถียรของตัวมันเองไปเรื่อย ๆ จนในที่สุดก็เสียสมดุลและค่อย ๆ กลิ้งตกจากลูกบอลช้า ๆ แล้วก็เร็วขึ้นเรื่อย ๆ นั้นเอง เหตุการณ์เดียวกันเกิดขึ้นกับจุด L1, L2 และ L3 เมื่อเราวางดาวเทียมไว้ยกตัวอย่างเช่นที่จุด L2 ดาวเทียมก็จะค่อย ๆ ขยับซ้ายหรือขวาไปทีละนิดเนื่องจากความไม่เสถียรแล้วพอมันขยับมันก็จะเสียสมดุลเพิ่มอีกไปเรื่อย ๆ จนในที่สุดมันก็จะหลุดจาก Lagrange Point ไป โดยปกติจุดเหล่านี้จะไม่เสถียรใน Time Scale ประมาณ 23 วัน เพราะฉะนั้นทุกประมาณ 23 วัน ดาวเทียมจำเป็นจะต้องจุดจรวดปรับทิศทางเพื่อดันตัวมันเองไปฝั่งตรงข้ามแล้วอีก 23 วันก็ดันกลับมาอีกวนเช่นนี้ไปเรื่อย ๆ จึงเป็นที่มาของวงโคจรแปลก ๆ รี ๆ วนไปวนมานั่นเอง ประโยชน์ของความไม่เสถียรนี่จริง ๆ ก็มีเหมือนกันคือสามารถใช้ความไม่สมดุลนี้เหวี่ยงดาวเทียมที่อยู่ใน L2 ออกไปให้แผงโซลาร์เซลล์รับแสงอาทิตย์เพื่อชาร์จแบตเตอรี่ได้เช่นกัน
Quantum foams ของ Lagrangian Point – ที่มา NASA
จริง ๆ L4 และ L5 ก็มีลักษณะคล้าย ๆ เนินเขาเช่นกันแต่เป็นเนินเขาที่ชันน้อยกว่า L1, L2 และ L3 ซึ่งแน่นอนว่าพอมันเป็นเนินเขาแสดงว่ามันก็ไ่ม่เสถียรคลาดเคลื่อนเมื่อไหร่มันก็จะค่อย ๆ เสียสมดุลจากช้า ๆ แล้วก็ค่อย ๆ เริ่มเร็วขึ้นเรื่อย ๆ เหมือนกัน แต่ที่ L4 และ L5 เสถียรอยู่เพราะว่ามันมีแรงพิเศษเรียกว่า Coriolis Force ที่ดันมันกลับที่เดิมไปสู่จุดสมดุล ยิ่งวัตถุเคลื่อนที่เร็วเท่าไหร่ Coriolis Force ที่เกิดจากการที่วัตถุจะพยายามที่จะไปตามทางที่มันเคยมา ผลก็คือวัตถุก็จะโดนดึงกลับไปที่จุดสมดุล
วงโคจรของ Jupiter Trojan (คล้าย ๆ Earth Trojan แต่อยู่ในวงโคจรดาวพฤหัสบดี) ในจุด L4 – ที่มา SpaceEngine.org
ผลก็คือวงโคจรจะถูกแรงที่จะเป็นเหมือน Barrier หรือกำแพงดันกลับไปสู่จุดสมดุลดันกันสลับไปสลับมาไปเรื่อย ๆ จึงทำให้วัตถุใน L4 และ L5 ไม่หลุดสมดุลนั่นเอง ปรากฏการณ์ Lagrange เกิดขึ้นกับทุก Two-body system กล่าวคือดวงจันทร์กับโลกก็มีจุด Lagrangian เช่นกัน คุณสมบัติเดียวกันทำให้ก็มีดาวเทียมที่อยู่ในจุด Lagrangian ในระบบ Earth-Moon เช่นกัน
Gravitational Field ของจุด Lagrangian – ที่มา Monde
หากใครยังนึกภาพของ Lagrangian Unstability หรือความไม่สมดุลของจุดลากรางจ์ไม่ออกให้ดูภาพนี้(ภาพด้านบน) อาจจะดูง่ายกว่า หากเปรียบเทียบพื้นที่ทั้งหมดบริเวณ L4 และ L5 ภายในลูกศรสีน้ำเงินคือเนินเขาที่ไม่ชันมาก ส่วน L1, L2 และ L3 เปรียบเสมือนลูกแก้วบนเส้นด้าย ที่ L1, L2 และ L3 เสียสมดุลได้ง่ายเป็นเพราะว่าจุดที่มันสมดุลจริง ๆ เป็นจุดที่เล็กมาก ๆ อารมณ์เหมือนพยายาม ๆ เอายางลบไปตั้งไว้บนดินสอแหลม ๆ นั้นแหละ ต่อให้ตั้งได้ลมพัดมานิดเดียวก็ร่วงแล้ว ซึ่งลมในที่นี่ก็สามารถเปรียบได้เป็นแรงภายนอกนั่นเอง ต่อให้เราสามารถเอาดาวเทียมไปวางไว้ที่จุดสมดุลของ Lagrange 1,2 หรือ 3 ได้สำเร็จ เมื่อไหร่ที่มีแรงภายนอกมากระทำมันก็จะหลุดสมดุลทันทีซึ่งแรงภายนอกในอวกาศก็มีมากมายนับไม่ถ้วนไม่จำกัดว่าต้องเป็นแรงโน้มถ่วงเพียงอย่างเดียวอาจจะลมสุริยะก็สามารถทำให้ดาวเทียมเสียสมดุลอันเล็กน้อยได้แล้ว ต่างกับ L4 และ L5 ที่ต่อให้หลุดสมดุลมันก็จะมีแรงเหมือนแม่เหล็กขั้วเดียวกันมาดันกลับให้ไปอยู่จุดสมดุลเหมือนเดิมทำให้มันไม่หลุดสมดุลนั่นเอง
อ้างอิง
What is a Lagrange Point – NASA จาก solarsystem.nasa.gov
Lagrange Points of the Sun-Earth system จาก map.gsfc.nasa.gov
Gravitational balance and stable configurations in rotating reference frames จาก spaceengine.org
- 6
โฆษณา
- ดาวน์โหลดแอปพลิเคชัน
- © 2024 Blockdit
