Since the launch of the first artificial satellite in 1957, governments, companies, and research institutions have been planting flags among the stars. But while it might seem like there's plenty of room in this vast expanse, some pieces of celestial real estate are more valuable than others. Each of these dots is a Lagrange point, and as far as human space exploration is concerned, they may be the most important places in our solar system.
Dal lancio del primo satellite artificiale nel 1957, governi, aziende e istituti di ricerca hanno piantato bandiere tra le stelle. Ma anche se potrebbe sembrare esserci molto spazio in questa vasta distesa, alcuni territori celesti sono più preziosi di altri. Ognuno di questi punti è un punto di Lagrange e, per quanto riguarda l'esplorazione umana dello spazio, potrebbero essere i luoghi più importanti del nostro sistema solare.
Named after the 18th century mathematician who deduced their positions, Lagrange points are rare places of equilibrium in our constantly shifting universe. All celestial bodies exert a gravitational force on nearby objects, pulling them in and out of orbits. And gravity acts alongside several apparent forces to determine what those orbits look like. However, Lagrange points are places where all these forces balance out. So if we place a relatively low mass object here, it will maintain a constant distance from the massive bodies pulling on it. Essentially, Lagrange points are celestial parking spaces— once an object is there, it requires little to no energy to stay put. So whenever humans want to keep an object in one place for a long time without using tons of fuel, it needs to be orbiting a Lagrange point.
Chiamati come il matematico del XVIII secolo che ne ha dedotto le posizioni, i punti di Lagrange sono rari luoghi di equilibrio nel nostro universo in costante cambiamento. Tutti i corpi celesti esercitano una forza gravitazionale sugli oggetti vicini, trascinandoli dentro e fuori dalle orbite. E la gravità agisce unitamente a diverse forze apparenti per determinare l’aspetto di quelle orbite. Tuttavia, i punti di Lagrange sono luoghi in cui tutte queste forze si bilanciano. Quindi, se posizioniamo un oggetto di massa relativamente piccola, questo manterrà una distanza costante dai corpi massicci che lo attraggono. In sostanza, i punti di Lagrange sono parcheggi celesti: una volta che un oggetto è lì, richiede poca o nessuna energia per rimanere al suo posto. Quindi, ogni volta che gli uomini vogliono tenere un oggetto in un posto per molto tempo, senza usare tonnellate di carburante, deve essere in orbita attorno a un punto di Lagrange.
However, there are only so many of these parking spots. Pairs of massive bodies in our solar system generate sets of five Lagrange points. This means our Sun has five points with every planet, and our planets have five points with each of their moons. Adding these up, there are over 1,000 Lagrange points in our solar system— but only a few are useful for human purposes. Many are in locations that are too difficult to reach or simply not very useful. And for reasons we'll explain in a bit, many others are unstable. Currently, only two of these points are heavily used by humans. But we’ll likely use many more in the future— making these limited points exclusive real estate. Which begs the question: what exactly should we park in them?
Tuttavia, questi parcheggi non sono molti. Coppie di corpi massicci nel nostro sistema solare generano serie di cinque punti di Lagrange. Ciò significa che il nostro Sole ha cinque punti con ogni pianeta e i nostri pianeti hanno cinque punti con ciascuna delle loro lune. Sommandoli, nel nostro sistema solare ci sono oltre 1.000 punti di Lagrange, ma solo pochi sono utili per scopi umani. Molti si trovano in luoghi troppo difficili da raggiungere o semplicemente poco utili. E per ragioni che spiegheremo tra poco, molti altri sono instabili. Attualmente, solo due di questi punti sono molto utilizzati dall’uomo. Ma probabilmente ne useremo molti altri in futuro, rendendo questi punti delle residenze esclusive. Il che fa sorgere la domanda: cosa dovremmo parcheggiare esattamente al loro interno?
That answer depends on where each point is. Consider the five Lagrange points generated by the Sun and the Earth. L1 is located inside Earth's orbit, about 1.5 million kilometers away from the planet. With this panoramic view of the Sun, unobstructed by Earth’s shadow, L1 is the perfect place for solar-observing satellites. L2 is at the same distance from Earth but outside its orbit and shielded from the Sun, making it the perfect spot to observe outer space. In 2022, the James Webb Space Telescope went online here, in a spot where the Sun and Earth only occupy a tiny fraction of the sky. L3 is in a particularly mysterious location that can never be directly observed from Earth’s surface. This has made L3 a frequent locale in science fiction, though it hasn’t offered much use to scientists yet.
La risposta dipende da dove si trova ogni punto. Consideriamo i cinque punti di Lagrange generati dal Sole e dalla Terra. L1 si trova all’interno dell’orbita terrestre, a circa 1,5 milioni di km dal pianeta. Con questa vista panoramica del Sole, non ostacolata dall’ombra terrestre, L1 è il luogo perfetto per l'osservazione dei satelliti solari. L2 è alla stessa distanza dalla Terra ma al di fuori della sua orbita ed è schermato dal Sole, il che lo rende il punto perfetto per osservare lo spazio esterno. Nel 2022, il James Webb Space Telescope è andato online qui, in un punto in cui il Sole e la Terra occupano solo una piccola parte del cielo. L3 si trova in un luogo particolarmente misterioso che non può mai essere osservato direttamente dalla superficie terrestre. Ciò ha reso L3 un’ambientazione diffusa nella fantascienza, sebbene non sia ancora stato molto utile agli scienziati.
L4 and L5, however, are a bit different from their siblings. In every set of five, the first three Lagrange points are slightly unstable. This means objects will slowly drift away from them, though keeping what we’ve parked there in place is still energetically cheap. The stability of L4 and L5, however, varies from set to set. If the heavier of the two bodies generating the points has less than 25 times the mass of the lighter body, these points are too unstable to park things in. However, if the heavier body is massive enough— like it is in Sun-Earth set— then the relevant forces will always return objects to these equilibrium points, making them our most stable parking spots. That’s why points like these naturally accumulate space objects, such as the Sun-Jupiter set’s L4 and L5, which host thousands of asteroids.
L4 e L5, tuttavia, sono un po’ diversi dai loro fratelli. In ogni serie da cinque, i primi tre punti di Lagrange sono leggermente instabili. Ciò significa che gli oggetti si allontaneranno lentamente da essi, anche se mantenere ciò che abbiamo parcheggiato lì resta ancora energeticamente conveniente. La stabilità di L4 e L5, tuttavia, varia da serie a serie. Se il più pesante dei due corpi che generano i punti ha meno di 25 volte la massa del corpo più leggero, questi punti sono troppo instabili per parcheggiare oggetti. Tuttavia, se il corpo più pesante è abbastanza massiccio, come nella coppia Sole-Terra, allora le forze rilevanti riporteranno sempre gli oggetti a questi punti di equilibrio, rendendoli i nostri parcheggi più stabili. Ecco perché punti come questi accumulano naturalmente oggetti spaziali, come L4 e L5 della coppia Sole-Giove, che ospitano migliaia di asteroidi.
Every Lagrange point in our solar system has its quirks. Some might be perfect for scavenging construction materials from drifting asteroids. Others might make ideal gas stations for ships headed to deep space, or even host entire human colonies. These points are already home to advanced technological achievements, but soon, they could become our stepping stones to the stars.
Ogni punto di Lagrange del sistema solare ha le sue peculiarità. Alcuni potrebbero essere perfetti per recuperare materiali da costruzione dagli asteroidi alla deriva. Altri potrebbero costituire stazioni di rifornimento ideali per navi dirette nello spazio profondo o perfino ospitare intere colonie umane. Questi punti sono già sede di conquiste tecnologiche avanzate, ma presto potrebbero servirci da trampolini di lancio verso le stelle.