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.
นับตั้งแต่การเปิดตัวดาวเทียม ครั้งแรกในปี ค.ศ. 1957 บรรดารัฐบาล บริษัท และสถาบันวิจัยต่าง ๆ ได้เริ่มจับจองพื้นที่ท่ามกลางดวงดาว แม้จะดูเหมือนว่ามีที่ว่างมากมาย ในพื้นที่กว้างใหญ่ไพศาลนี้ อสังหาริมทรัพย์บนท้องฟ้าบางที่ กลับมีค่ามากกว่าที่อื่น ๆ แต่ละจุดเหล่านี้คือ “จุดลากรางจ์” และสำหรับการสำรวจอวกาศของมนุษย์ จุดเหล่านี้อาจเป็นตำแหน่งที่สำคัญที่สุด ในระบบสุริยะของเรา
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.
ตั้งชื่อตามนักคณิตศาสตร์ในศตวรรษที่ 18 ผู้ซึ่งรวบรวมตำแหน่งของพวกมัน จุดลากรองจ์เป็นจุดสมดุลที่หาได้ยาก ในจักรวาลที่เปลี่ยนแปลงตลอดเวลา วัตถุท้องฟ้าทั้งหมด ออกแรงดึงดูดต่อวัตถุใกล้เคียง ดึงพวกมันเข้าและออกจากวงโคจร และแรงโน้มถ่วงก็ทำหน้าที่ร่วมกับ แรงอื่น ๆ ที่มีอยู่ เพื่อกำหนดว่าวงโคจรนั้น ๆ จะมีลักษณะอย่างไร อย่างไรก็ตาม จุดลากรองจ์เป็นบริเวณ ที่แรงทั้งหลายเหล่านี้มีความสมดุลกัน ดังนั้น ถ้าเราวางวัตถุ ที่มีมวลค่อนข้างต่ำไว้ที่นี่ มันจะรักษาระยะห่างที่คงที่ จากวัตถุขนาดใหญ่อื่น ๆ ที่ดึงมัน โดยพื้นฐานแล้ว จุดลากรางจ์ เปรียบเป็นพื้นที่จอดรถในอวกาศ เมื่อวัตถุอยู่ตรงนั้น มันจะใช้พลังงาน เพียงเล็กน้อยหรือไม่ใช้เลยในการอยู่นิ่ง ๆ ดังนั้น เมื่อใดก็ตามที่มนุษย์ต้องการ จะเก็บวัตถุไว้ในที่หนึ่ง ๆ เป็นเวลานาน ๆ โดยไม่ต้องใช้เชื้อเพลิงจำนวนมาก มันจะต้องโคจรรอบจุดลากรางจ์
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?
อย่างไรก็ตาม จุดจอดเหล่านี้มีจำนวนจำกัด คู่ของดวงดาวขนาดใหญ่ในระบบสุริยะของเรา สร้างจุดลากรางจ์ จำนวนห้าจุด ซึ่งหมายความว่าดวงอาทิตย์ของเรา มีห้าจุดร่วมกับดาวเคราะห์แต่ละดวง และดาวเคราะห์ก็จะมีห้าจุด ร่วมกับดวงจันทร์แต่ละดวงของมัน เมื่อรวมเข้าด้วยกัน จะมีจุดลากรางจ์ มากกว่า 1,000 จุด ในระบบสุริยะของเรา แต่มีเพียงไม่กี่จุดเท่านั้น ที่มีประโยชน์ต่อมนุษย์ หลายจุดอยู่ในที่ที่ยากเกินไปที่จะเข้าถึง หรือไม่มีประโยชน์มากนัก และด้วยเหตุผลที่เราจะอธิบายในอีกสักครู่ หลายจุดไม่มีความเสถียร ปัจจุบันมีเพียงสองจุดเท่านั้น ที่ถูกใช้อย่างมากโดยมนุษย์ แต่เราอาจจะใช้จุดอื่น ๆ มากขึ้นในอนาคต ทำให้จุดที่มีอยู่อย่างจำกัดนี้ เป็นอสังหาริมทรัพย์สุดพิเศษ ซึ่งทำให้เกิดคำถามว่า เราควรจอดอะไรไว้ที่จุดเหล่านี้
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.
คำตอบนั้นขึ้นอยู่กับว่า แต่ละจุดอยู่ที่ไหน พิจารณาจุดลากรางจ์ทั้งห้า ที่เกิดจากดวงอาทิตย์และโลก L1 ตั้งอยู่ภายในวงโคจรของโลก ห่างจากโลกประมาณ 1.5 ล้านกิโลเมตร ด้วยมุมพาโนรามาของดวงอาทิตย์ ที่ไม่มีเงาของโลกบดบัง L1 เป็นสถานที่ที่สมบูรณ์แบบ สำหรับดาวเทียมสำรวจดวงอาทิตย์ L2 อยู่ในระยะห่างเท่ากันจากโลก แต่อยู่นอกวงโคจร และถูกบังแสงอาทิตย์ ทำให้มันเป็นจุดที่สมบูรณ์แบบ ในการสังเกตการณ์อวกาศ ในปี ค.ศ. 2022 กล้องโทรทรรศน์อวกาศ เจมส์ เวบบ์ ได้เริ่มออนไลน์ที่นี่ ในจุดที่ดวงอาทิตย์และโลก ครอบครองเพียงส่วนเล็ก ๆ ของท้องฟ้า L3 อยู่ในสถานที่ลึกลับเป็นพิเศษ ซึ่งไม่สามารถสังเกตได้โดยตรงจากพื้นผิวโลก ทำให้ L3 กลายเป็นสถานที่ประจำ ในนิยายวิทยาศาสตร์ แม้มันจะยังไม่ได้ให้ประโยชน์ แก่นักวิทยาศาสตร์มากนัก
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 และ L5 แตกต่างจากพี่น้องของพวกมันเล็กน้อย ในทุก ๆ เซตของห้าจุด จุดลากรางจ์ 3 จุดแรกจะไม่เสถียรเล็กน้อย ซึ่งหมายความว่าวัตถุใด ๆ จะค่อย ๆ ลอยออกจากมัน แต่การที่เราจอดอะไรไว้ตรงนั้น ก็ยังคงราคาถูกอยู่ดี อย่างไรก็ตาม ความเสถียรของ L4 และ L5 จะแตกต่างกันไปในแต่ละเซต หากดาวดวงที่หนักกว่า ในดาวสองดวงใด ๆ มีมวลน้อยกว่า 25 เท่าของดาวดวงที่เบากว่า จุดเหล่านี้จะไม่เสถียรพอ ที่จะจอดสิ่งใด ๆ เอาไว้ อย่างไรก็ตาม หากดาวดวงที่หนักกว่านั้น มีขนาดใหญ่พอ เหมือนเซตดวงอาทิตย์และโลก แรงที่เกี่ยวข้องก็จะส่งวัตถุกลับมายัง จุดสมดุลเหล่านี้เสมอ ทำให้เป็นจุดจอดรถที่เสถียรที่สุดของเรา จึงเป็นธรรมดาที่จุดเหล่านี้ จะสะสมวัตถุอวกาศ เช่น L4 และ L5 ของเซตดวงอาทิตย์ และดาวพฤหัสบดี มีดาวเคราะห์น้อยหลายพันดวง
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.
ทุกจุดลากรางจ์ในระบบสุริยะของเรา มีความผิดปกติ บางจุดอาจเหมาะสำหรับการกวาดเก็บ วัสดุก่อสร้าง จากดาวเคราะห์น้อยที่ลอยอยู่ จุดอื่น ๆ อาจเหมาะจะเป็นปั๊มน้ำมัน สำหรับเรือที่มุ่งหน้าสู่ห้วงอวกาศ หรือแม้กระทั่งรองรับอาณานิคมของมนุษย์ จุดเหล่านี้เป็นที่ตั้งของความสำเร็จ ทางเทคโนโลยีขั้นสูงอยู่แล้ว แต่ในไม่ช้า จุดจุดลากรางจ์เหล่านี้ อาจกลายเป็นบันไดเพื่อก้าวไปสู่ดวงดาว