悬停太空，250年前数学家的“梦”是如何实现的！

250年前，数学家欧拉根据旋转的二体引力场推算出三个特解，分别用L1、L2、L3来表示，5年后的1672年，数学家拉格朗日又求解出其余两个特解，至此，天体力学领域的拉格朗日点正式进入人们的视野，只不过当时的人们并不知道，在两百多年后的太空时代，当年数学家的计算结果或许就是人类的未来。

拉格朗日点，不同位置的不同表示

乖巧的举手说，森sei！那到底什么才是拉格朗日点啊？

这不刚讲过嘛！我再给你重复一遍：“250年前，数学家欧拉......”

森sei，偶觉得你的讲述方法应该改变一下！

是么？！其实这样我也略微的不自在！

下面开始正题儿哟

简单来说，在太阳和地球之间这样的环绕运行的天体间，有五个位置区域，在这里放入一个质量相比前两者很小的物体，可以使其受力平衡的悬停在两者之间。打个比方！如果老师轻舒麒麟臂把你的手机发射到在了这个地方，将会发生一件神奇的事情——太阳和地球对你手机的万有引力与它自己运动中所受的离心力将达到平衡状态，同学们，这意味着什么呢？

你得给我买一新手机！

......

这意味着如果我们把飞行器或是卫星运送到拉格朗日点上去，就可以实现长时间的相对地球和太阳都“静止”的悬停。这在人类航天活动中可不一般，用你们的俗话说那就是“真太阳了狗了”。目前在全地球范围来看，空间监测能力第一的就是美国，除了空间卫星数量大这个原因外，很关键的一点是美国在日地拉格朗日L1点上长期驻扎着空间环境监测卫星。早在上个世纪的1995年就发射了SOHO（Solar and Heliospheric Observatory太阳和日球层探测器）卫星，该卫星发射重量1850千克，有效载荷超过600千克，计划工作时间3年，实际服役超过21年，现在仍在完成监视太阳活动的工作并实时将数据传回地球，能够如此长久的在轨工作，除了这颗卫星的质量真是好以外，更为关键的是日地L1点是一个相对静止的区域，在这里悬停非常的节省燃料。

森sei！这样的“拉格朗日点”还真是厉害啊！你前面说一共有五个，那干脆咱们也发射卫星，把其他四个点的位置都占上，这不就占得先机超越别国了嘛！

别急，咱们先来看看这五个点都在哪！

当年数学家欧拉算出的前三个点就是图上的处在日地连线上的L1、L2、L3了，其中，处在太阳和地球之间的距离地球150万千米的就是刚刚提到的L1点，除此之外，L2点位于太阳和地球连线的延长线上，和L1点的位置相比，刚好是在地球的背面，L3点则要遥远一些了，在正对地球的太阳的另一面，距离我们超过3亿千米。而另外两个看起来位置“怪异”的L4和L5就是后来拉格朗日计算出来的，与前面3个点相比，L4和L5更接近真正意义上的点，下面咱们就简单介绍一下他们。

L1点 “空间监测皇帝位，太阳地球两头看”

迄今为止，L1点的空间监测卫星有95年上去的SOHO、97年发射的ACE以及16年刚刚服役的DSCOVR三颗最著名，更腻害的是这三颗现在是同时服役中，与其他所有卫星相比，SOHO和ACE都堪称爷爷级的了，足见L1点对卫星燃料的节省。另外，L1点的位置也是得天独厚，全太阳系仅此一处，发射到这里的监测卫星，往前看是太阳，什么太阳风、耀斑、日冕物质喷射所产生的高能物质、粒子流、冲击波全部要从它这里经过，反过来看呢，L1点距离地球150万千米，这些可能威胁地球空间环境的物质是要飞一会儿的，当然了速度从几千千米每秒到几百千米每秒不等，都比姜黍的子弹快不少，但是也为空间天气预报预警赢得了宝贵的时间。历史上曾经发生过多次高能粒子流轰击近地空间的事件，就是因为有了预警，宇航员才得以提前进入安全仓躲避。

人类空间飞行器到达拉格朗日点的情况

L2点 “躲到地球的背面去，宁静致远看星空”

L2点的位置很“安逸”，如果在这里架设一部望远镜，镜筒指向浩瀚宇宙，那么，离他最近的月球、地球、太阳都将在视野之外，在解决了地面望远镜饱受大气扰动摧残问题的同时还获得了前所未有的广阔视角，这正是开展深空观测的绝佳场所。现在，美国的威尔金森微波各向异性探测器（缩写WMAP)正在L2点上观测宇宙微波背景辐射。而人类到目前为止制造的最大口径空间望远镜詹姆斯·韦伯望远镜也将被放置在日地L2点的位置上，还有一年，我们就有机会看到这部口径达到6.5米，据说烧掉NASA20年预算经费的空间望远镜所拍摄的作品了。

L3点 “从未到达也不想去！除非你跟我有仇”

迄今为止，没有任何航天计划或是探测器轨道中出现过日地L3点这个地方，科幻小说里面倒是不止一次提到它。当然了，除非你是地球人不共戴天的敌人，不消灭不可，甚至连一丁点儿和谈机会都没有的“人”，跑到这个距离地球直线距离超过3亿千米，掠过太阳时还可能连飞行器一起烧坏掉的日地L3点，倒真是一个相当安全并且隐秘的位置，因为从地球望去，这里完全被太阳挡住，啥也看不见。

掠过太阳的飞行是要付出代价的，掠日彗星被太阳风吹散的慧尾

L4、5点 “更像是点的点儿，未来人类可能的去向”

长期漂浮悬停在地球在外，YY图

L1、L2、L3说是三个点，其实是三个区域，比如L1点，飞行器到达这里之后为了维持来自各方面的受力平衡，还是需要不断的消耗燃料做出动态调整，而且飞行器还会按照一定的轨道运行。L4和L5则不同，这两个点是处在太阳、地球以及其本身所构成的等边三角形上，其受力平衡的区域还真的可以称得上是个点，这对我们来说就是“真又太阳了狗了”。把生活舱部件在地球准备好，装进运载火箭再加注好燃料，发射到这里，不用管了，回去再装一车过来，前面来的舱体还在原地儿自己飘着呢，抓起来一组装，新的空间站就有了，比现在的ISS好多了，至少不会自己往下掉，也不用经常的送燃料上去！那样一来，一车车运送过来的都是“干货”，而节省下来的运输成本就可以专心搞建设了！到时候来个深空旅行中转站，挖了个赛！今儿个我YY爽了，你们呢！

作者系中国气象局国家空间天气监测预警中心 Ocean