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.
人類が人工衛星を 初めて打ち上げた1957年以降 各国政府 企業 研究機関はこぞって いろいろな天体の所有権を 主張しています 宇宙は広大で スペースはほぼ無限だと 思えるかもしれませんが 宇宙空間の中には 他と比べて ひときわ価値の高い場所があります それはラグランジュ点です 人類が宇宙探査を行なった限りでは 太陽系で最も重要な場所かもしれません
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.
ラグランジュ点は その位置を推測した 18世紀の数学者にちなんで名付けられ 絶え間なく変化する宇宙の中でも 平衡状態が保たれる希少な場所です どの天体も 周りの天体に重力を加え 軌道に乗せたり 軌道から引き離したりしています また重力は 複数存在する 見かけ上の力と並行して作用し 軌道のあり方を決定します ところがラグランジュ点では すべての力のバランスが取れています そのため 比較的質量の小さい物体を そこに配置すると それを引っ張る 巨大な天体との距離は一定に保たれます 本来 ラグランジュ点は 天体の駐車場のようなものです そこに到達した物体は 静止を続けるための エネルギーをほとんど必要としません したがって 大量の燃料を使わずに 物体を長期間1か所に留めたい場合 その物体が ラグランジュ点を周回すればいいのです
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?
ただし この駐車場は それほど多く存在しません 太陽系の中で 巨大な2つの天体の間には 5つのラグランジュ点から成る 集合が生成されます つまり 太陽は どの惑星との間にも5つの点を持っていて 惑星と衛星の間にもそれぞれ 5つの点が存在します 太陽系には 合計すると 1,000超のラグランジュ点がありますが その中で人間が 活用できそうなものは ごくわずかです その多くが 到達するのが極めて困難な場所や 役に立たない場所にあるからです また 後で説明する理由から 不安定なラグランジュ点も少なくありません 今のところ ラグランジュ点のうち 人間が頻繁に使用しているのは2つだけです しかし 将来的には 他の点も使用する可能性が高いので その限られた座標の所有権をめぐって 競争が激しくなっています ここで 次の疑問が湧いてきます いったい何を配置するべきでしょうか
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.
その答えは それぞれの点が どこにあるかによって異なります 太陽と地球との間にある 5つのラグランジュ点を考えてみましょう L1は地球の軌道の内側にあり 地球から約150万キロメートル 離れたところにあります 地球の影に遮られることなく 太陽を一望できるので L1は 太陽観測衛星に最適な場所です L2は地球からの距離が L1と同じですが 軌道外にあり 太陽から遮られているので 宇宙の観測に最適です そこでジェームズ・ウェッブ宇宙望遠鏡が 2022年に稼働を開始しました この場所では 太陽と地球が 空のごく一部しか占めていません L3は とりわけ不思議な位置にあり 地球の表面からは 直接観測できません そのため L3は SFの世界では しばしば言及されるものの 科学者にはまだ あまり役に立ってはいません
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.
ところが L4とL5は 他のラグランジュ点とは少し異なります どの5つの点においても L1~L3の3つは 少し不安定なものです つまり 物体は徐々に その位置から遠ざかっていきますが 配置したものをその座標に留められれば エネルギーの観点からは経済的です ところが L4とL5の安定性は セットによって異なります ラグランジュ点を生成する2つの天体のうち 重い方の天体の質量が 軽い方の質量の25倍未満の場合 ラグランジュ点は不安定すぎて 物体を留めることができません ただし 太陽と地球との間の点のように 重い方の天体が十分に重い場合は 関連する力が物体を 常に 本来の平衡点に戻すので 最も安定した駐車場所になります そのため 宇宙内の物体が このような場所に自然に蓄積されます たとえば太陽と木星間のL4やL5には 何千もの小惑星が存在します
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.
太陽系のラグランジュ点には いずれも 面白い特徴があります たとえば 建設用の資源を 採取するのにうってつけの 小惑星が漂っているかもしれません また 宇宙の深部を目指す宇宙船にとって 理想的な燃料補給場所となるものや 人間が生活できる環境を築ける場所も 存在するかもしれません 高度な技術の成果で 人間が活用している拠点もありますが 地球外の星に飛び出すための足がかりも 近いうちに実現するかもしれません