Punto de Lagrange


En la mecánica celeste , el Lagrange puntos / l ə ɡ r ɑː n / (también puntos de Lagrange , L-puntos , o libración puntos ) son puntos cerca de dos grandes que orbitan cuerpos. Normalmente, los dos objetos ejercen una fuerza gravitacional desequilibrada en un punto, alterando la órbita de lo que sea que esté en ese punto. En los puntos de Lagrange, las fuerzas gravitacionales de los dos cuerpos grandes y la fuerza centrífuga se equilibran entre sí. [1] Esto puede convertir los puntos de Lagrange en una excelente ubicación para satélites, ya que pocosSe necesitan correcciones de órbita para mantener la órbita deseada. Los objetos pequeños colocados en órbita en los puntos de Lagrange están en equilibrio en al menos dos direcciones con respecto al centro de masa de los cuerpos grandes.

Hay cinco de esos puntos, etiquetados de L 1 a L 5 , todos en el plano orbital de los dos cuerpos grandes, para cada combinación dada de dos cuerpos orbitales. Por ejemplo, hay cinco puntos Lagrangianos L 1 a L 5 para el sistema Sol-Tierra, y de manera similar hay cinco puntos Lagrangianos diferentes para el sistema Tierra-Luna. L 1 , L 2 y L 3 están en la línea que pasa por los centros de los dos cuerpos grandes, mientras que L 4 y L 5 actúan cada uno como el tercer vértice de un triángulo equilátero formado con los centros de los dos cuerpos grandes. L 4y L 5 son estables, lo que implica que los objetos pueden orbitar alrededor de ellos en un sistema de coordenadas giratorio vinculado a los dos cuerpos grandes.

Los puntos L 4 y L 5 son puntos estables y tienden a atraer objetos hacia ellos. Varios planetas tienen asteroides troyanos cerca de sus puntos L 4 y L 5 con respecto al Sol. Júpiter tiene más de un millón de estos troyanos. Se han colocado satélites artificiales en L 1 y L 2 con respecto al Sol y la Tierra , y con respecto a la Tierra y la Luna . [2] Las puntas de Lagrange se han propuesto para usos en la exploración espacial.

Los tres puntos colineales de Lagrange (L 1 , L 2 , L 3 ) fueron descubiertos por Leonhard Euler unos años antes de que Joseph-Louis Lagrange descubriera los dos restantes. [3] [4]

En 1772, Lagrange publicó un "Ensayo sobre el problema de los tres cuerpos ". En el primer capítulo consideró el problema general de los tres cuerpos. A partir de eso, en el segundo capítulo, demostró dos soluciones especiales de patrón constante , la colineal y la equilátera, para tres masas cualesquiera, con órbitas circulares . [5]

El punto L 1 se encuentra en la línea definida por las dos grandes masas M 1 y M 2 , y entre ellas. Es el punto donde la atracción gravitacional de M 2 y la de M 1 se combinan para producir un equilibrio. Un objeto que orbita al Sol más cerca que la Tierra normalmente tendría un período orbital más corto que la Tierra, pero eso ignora el efecto de la propia atracción gravitacional de la Tierra. Si el objeto está directamente entre la Tierra y el Sol, entonces la gravedad de la Tierracontrarresta parte del tirón del Sol sobre el objeto y, por lo tanto, aumenta el período orbital del objeto. Cuanto más cerca de la Tierra esté el objeto, mayor será este efecto. En el punto L 1 , el período orbital del objeto se vuelve exactamente igual al período orbital de la Tierra. L 1 está a aproximadamente 1,5 millones de kilómetros de la Tierra, o 0,01 au , una centésima parte de la distancia al Sol. [6]


Los objetos más pequeños (verdes) en los puntos de Lagrange están en equilibrio. En cualquier otro punto, las fuerzas gravitacionales son desequilibrios.
Puntos de Lagrange en el sistema Sol-Tierra (no a escala). Un objeto pequeño en L4 o L5 mantendrá su posición relativa. Un objeto pequeño en L1, L2 o L3 mantendrá su posición relativa hasta que se desvíe ligeramente radialmente, después de lo cual se desviará de su posición original.
Un ejemplo de una nave espacial en Sun – Earth L2 WMAP · Earth
      
Aceleraciones gravitacionales en L 4
Un gráfico de contorno del potencial efectivo debido a la gravedad y la fuerza centrífuga de un sistema de dos cuerpos en un marco de referencia giratorio. Las flechas indican los gradientes del potencial alrededor de los cinco puntos de Lagrange, cuesta abajo hacia ellos ( rojo ) o lejos de ellos ( azul ). Contrariamente a la intuición, los puntos L 4 y L 5 son los puntos altos del potencial. En los puntos mismos, estas fuerzas están equilibradas.
Visualización de la relación entre los puntos lagrangianos (rojo) de un planeta (azul) que orbita una estrella (amarillo) en sentido antihorario, y el potencial efectivo en el plano que contiene la órbita (modelo de lámina de caucho gris con contornos violetas de igual potencial). [15]
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El punto Lagrangiano L 2 para el sistema Sol - Tierra .
Aceleración radial neta de un punto que orbita a lo largo de la línea Tierra-Luna
Puntos del Sol-planeta Lagrange a escala (haga clic para obtener puntos más claros)
El satélite ACE en una órbita alrededor del Sol-Tierra L 1