Σημαδέψτε και πυροβολήστε
Η ιστορία της ανθρώπινης εξερεύνησης ήταν πάντα συνδεδεμένη με την αναζήτηση ενός προορισμού. Τα διαστημικά ταξίδια δεν διαφέρουν:Το πρόγραμμα Apollo, το οποίο μετέφερε τους ανθρώπους στο φεγγάρι, δεν ήταν μόνο ένα επιστημονικό και τεχνικό επίτευγμα, αλλά και μια άσκηση για τη φύτευση σημαιών και την αφαίρεση αποτυπωμάτων. Ωστόσο, τώρα ετοιμάζονται προτάσεις για την εκτόξευση αποστολών για κενές κουκκίδες στην απεραντοσύνη του διαστήματος, αν και αυτές με πολύ ιδιαίτερες ιδιότητες.
Πάρτε οποιονδήποτε πλανήτη σε τροχιά γύρω από ένα αστέρι ή οποιοδήποτε φεγγάρι που περιστρέφεται γύρω από έναν πλανήτη. Σε καθένα από αυτά τα συστήματα θα υπάρχουν πέντε σημεία, διατεταγμένα σε μια γεωμετρική διαμόρφωση που μοιάζει με τα σημεία του τραβηγμένου τόξου ενός τοξότη, όπου τα συνδυασμένα βαρυτικά πεδία και η φυγόκεντρος δύναμη της περιστροφής των σωμάτων ακυρώνονται. Αυτές είναι ζώνες κρυμμένης ισορροπίας, βαρυτικά κενά εν μέσω της αδιάκοπης κίνησης των ουράνιων σωμάτων. Οι κόγχες είναι γνωστές ως σημεία Lagrange (ή Lagrange), που ονομάστηκαν από τον Joseph-Louis Lagrange, τον Γαλλοϊταλό μαθηματικό του οποίου το δοκίμιο του 1772 εντόπισε δύο τέτοιες τοποθεσίες στο σύστημα Γης-Ήλιου.
Εάν ένας δορυφόρος ή ένας αστεροειδής με ακριβώς τη σωστή ενέργεια βρει το δρόμο του στη ζώνη γύρω από ένα σημείο Lagrange, θα μείνει ακίνητος σε σχέση με τα άλλα δύο σώματα καθώς προχωρούν στην τροχιακή τους δουλειά, σαν να έχουν κολλήσει σε έναν κόμπο σε ένα κομμάτι σειρά. Το πιασμένο αντικείμενο χάνει πολύ λίγη ενέργεια ενώ αιωρείται στη θέση του. Εάν πρόκειται για διαστημόπλοιο, αυτό σημαίνει ότι χρειάζεται μόνο μια μικρή ποσότητα καυσίμου για να παραμείνει ψηλά - σε αντίθεση με το να βρίσκεται σε κανονική τροχιά, στην οποία η σύγκρουση με σωματίδια της ατμόσφαιρας δημιουργεί αντίσταση και απαιτεί καύσιμο για να «γεμίσει» την τροχιακή διαδρομή. /P>
Το όνομα "σημεία Lagrange" μπορεί να είναι λίγο λανθασμένη, καθώς διαφέρουν ως προς τον χαρακτήρα και τη σταθερότητα. Τα αστέρια και οι πλανήτες μπορούν να θεωρηθούν ως πηγάδια βαρύτητας. σκεφτείτε τα σημεία Lagrange ως λόφους. Για να πάρουμε το σύστημα Γης-Ήλιου ως παράδειγμα, το σημείο L1, σχεδόν 1 εκατομμύριο μίλια από τη Γη προς την κατεύθυνση του ήλιου, είναι επισφαλές. Ένα αντικείμενο σε αυτή τη θέση μπορεί εύκολα να πέσει εκτός ισορροπίας, όπως μια μπάλα ισορροπημένη στην μυτερή άκρη ενός βουνού, με τις δυνάμεις των δύο σωμάτων να τραβούν συνεχώς τη θέση του. Θα χρειάζονταν πύραυλοι για να σπρώξουν το αντικείμενο πίσω στη θέση του. Το L2 και το L3 - το ένα στην μακρινή πλευρά της Γης, το άλλο στην μακρινή πλευρά του ήλιου - είναι πιο σταθερά, σαν οροπέδια με επίπεδη κορυφή. Τα L4 και L5, σε 60 μοίρες πίσω και μπροστά από τη Γη καθώς περιφέρεται γύρω από τον ήλιο, είναι τα πιο ασφαλή από όλα. Ένα αντικείμενο που αιωρείται εκεί δεν θα πέσει έξω. θα ήταν σαν να βρίσκεσαι στον πυθμένα ενός βαθύ κρατήρα σε σχήμα ζελατίνας στην κορυφή ενός εξαφανισμένου ηφαιστείου. Εδώ μπορείτε να δείτε μια αναπαράσταση των αστεροειδών, με μπλε χρώμα, που συγκεντρώνονται στα σημεία L4 και L5 γύρω από τον Δία.
Μόλις αρχίζουμε να εκμεταλλευόμαστε τις δυνατότητες αυτών των σκοτεινών εγκοπών στο διάστημα:για επανδρωμένες αποστολές, εξέδρες εκτόξευσης στο μέσο του διαστήματος, άνετα σημεία για ευαίσθητα τηλεσκόπια και ενδιάμεσους σταθμούς σε έναν δρόμο προς τις απομακρυσμένες άκρες του ηλιακού συστήματος.
Τον Σεπτέμβριο του τρέχοντος έτους, ο Ευρωπαϊκός Οργανισμός Διαστήματος (ESA) σχεδιάζει να εκτοξεύσει το διαστημικό παρατηρητήριο Gaia προς τον Ήλιο Γη L2, 932.000 μίλια από τη Γη στην αντίθετη κατεύθυνση του ήλιου. Μακριά από τις εξευτελιστικές επιδράσεις της ατμόσφαιρας της Γης και από την ενοχλητική θερμότητα του άστρου μας, ο ευαίσθητος εξοπλισμός της Γαίας θα διαρκέσει καλύτερα σε ένα σημείο Lagrange από ό,τι σε κανονική τροχιά. Θα παραμείνει επίσης στη «νυχτερινή» πλευρά της Γης, και έτσι θα έχετε μια καλύτερη θέα του σύμπαντος. Αλλά η Γαία δεν θα είναι η πρώτη που θα καταλάβει Γη-ήλιο L2. Στην πραγματικότητα, το διαστημικό παρατηρητήριο Herschel της ESA εγκατέλειψε πρόσφατα το σημείο μετά από μια τετραετία, όπως και ο κινεζικός ανιχνευτής Chang'e-2 τον Απρίλιο του 2012. Αυτοί οι διαστημικοί ανιχνευτές δεν παραμένουν ακόμη στο L2—ταλαντώνονται γύρω από το σημείο στις γνωστές κινήσεις ως βιβλιοθήκες.
Ακόμη πιο προκλητική είναι η ιδέα ότι τα σημεία Lagrange θα μπορούσαν να προσφέρουν μια σταθερή βάση για τον αποικισμό στο βαθύ διάστημα. Θεωρητικά, θα ήταν δυνατό να εκτοξευθεί ένα φορτίο δομικών υλικών σε ένα σημείο Lagrange και να το αφήσουμε εκεί, υποφέροντας πολύ λίγη καταπόνηση και με χαμηλό κίνδυνο απομάκρυνσης, ενώ περαιτέρω προβλέψεις έφτασαν από τη Γη. Η κατασκευή και ο ανεφοδιασμός στο μέσο του διαστήματος θα ήταν ευκολότερη από ό,τι αν ένα σκάφος βρισκόταν σε κανονική τροχιά.
Η NASA διερευνά την προοπτική εγκατάστασης ενός επανδρωμένου διαστημικού σταθμού στο L2 του συστήματος Γη-Σελήνη, 40.000 μίλια μετά την μακρινή πλευρά του φεγγαριού, πιο μακριά από ό,τι έχει ταξιδέψει ποτέ ένας άνθρωπος. Σε μια παρουσίαση που συγκλήθηκε από μηχανικούς και ακαδημαϊκούς της NASA φέτος, ο Brand Griffin, μηχανικός και εργολάβος για το Advanced Concepts Office της NASA, πρότεινε την επαναχρησιμοποίηση μέρους ενός υπάρχοντος συστήματος πυραύλων για την κατασκευή ενός διαστημικού σταθμού που θα μπορούσε να στηρίζεται άνετα στην θέση L2. Το έργο, που επί του παρόντος ονομάζεται «Skylab II», αντλεί το όνομά του από τον πρώτο διαστημικό σταθμό των Ηνωμένων Πολιτειών, ο οποίος περιστράφηκε γύρω από τη Γη από το 1973 έως το 1979. «Νομίζω ότι ανακάλυψα τι σημαίνει να είσαι οραματιστής στη NASA. Πρέπει να κοιτάξεις προς τα πίσω. Και αυτό είναι μια μεγάλη ματιά προς τα πίσω — 40 χρόνια, στην πραγματικότητα», είπε ο Γκρίφιν.
Η NASA θα μπορούσε να χρησιμοποιήσει το σημείο Lagrange του Skylab II ως φυλάκιο για πιο εξωτικές και μακρινές αποστολές, πρότεινε ο Griffin. Σε αντίθεση με τους πύραυλους που εκτοξεύονται από την επιφάνεια της Γης, τα σκάφη που εκτοξεύονται από ένα σημείο Lagrange δεν χρειάζεται να καούν μέσα από μια τεράστια ποσότητα καυσίμου για να ξεφύγουν από τη βαρυτική έλξη ενός πλανήτη. Αντίθετα, μπορούν να γλιστρήσουν σχεδόν αβίαστα ανάμεσα Σημεία Lagrange, κατά μήκος ενός μονοπατιού βαρύτητας με οικονομία καυσίμου που μερικές φορές ονομάζεται, κάπως κωμικά, Διαπλανητικός Υπερεθνικός δρόμος.
Δεδομένου ότι τα σημεία Lagrange είναι ασταθή, σε μεγαλύτερο ή μικρότερο βαθμό, καθώς ένα διαστημικό σκάφος «πέφτει» από ένα θα μπορούσε να τοποθετηθεί, θεωρητικά, σε μια τροχιά που θα το ανέβαζε αποτελεσματικά σε ένα δεύτερο σημείο Lagrange. «Αυτά δεν είναι τα πιο γρήγορα μονοπάτια, αλλά εξοικονομούν ενέργεια», λέει ο Andrew Johnston, γεωγράφος και ένας από τους επιμελητές Smithsonian που έχτισαν τη νέα έκθεση «Time and Navigation» στο National Air and Space Museum. Παρομοίασε τη διαδικασία με ένα πλοίο που ταξιδεύει με τα ρεύματα του ωκεανού στις ανοιχτές θάλασσες—μια επιλογή εξοικονόμησης καυσίμου εάν κάποιος δεν βιάζεται να φτάσει στον προορισμό του.
Τα ίδια τα σημεία θα μπορούσαν ακόμη και να γίνουν τοποθεσίες για σταθμούς ανεφοδιασμού ή εργαστήρια σε αυτό το δίκτυο σωλήνων βαρύτητας στο βαθύ διάστημα. «[Ένα σημείο Lagrange] θα ήταν ένα καλό μέρος για να τοποθετηθούν εργοστάσια να χτίσουν πράγματα, μετακινώντας πρώτες ύλες από αστεροειδείς», λέει ο Martin Lo, ειδικός σε τροχιά διαστημικών σκαφών στο Εργαστήριο Jet Propulsion. Ήταν ένας από τους εγκεφάλους πίσω από το σχεδιασμό της αποστολής Genesis του 2001 της NASA, η οποία χρησιμοποίησε το μονοπάτι χαμηλής ενέργειας μεταξύ L1 και L2 στο σύστημα Γης-Ήλιου για τη συλλογή δειγμάτων ηλιακού ανέμου. «Αν βάλουμε έναν διαστημικό σταθμό σε μία από αυτές τις «τροχίες» χαμηλής ενέργειας», συνεχίζει ο Lo, «μπορούμε ουσιαστικά να πάμε σε διάφορες περιοχές της σφαίρας ακτίνας 2 εκατομμυρίων χιλιομέτρων γύρω από τη Γη χωρίς σχεδόν καύσιμο». /P>
Αλλά μπορεί να χρειαστούν εβδομάδες, μήνες, ακόμη και χρόνια για να μετακινηθείτε μεταξύ των σημείων Lagrange, προειδοποιεί ο Lo. Το να στρίβετε στον Διαπλανητικό Υπερεθνικό δρόμο μεταξύ του Κρόνου και του Δία, για παράδειγμα, θα απαιτούσε περίπου 100 χρόνια. Το διαστημικό σκάφος Voyager 1 της NASA, το οποίο έκανε το ταξίδι το 1979-1980, το έκανε σε 21 μήνες με πυραύλους που γεμίζουν καύσιμα. Ακόμη και με τα πιο διαχειρίσιμα χρονικά πλαίσια για τους σωλήνες βαρύτητας πιο κοντά στη Γη, ο αργός ρυθμός κίνησης δεν είναι ιδανικός για ευαίσθητους ανθρώπους, οι οποίοι διατρέχουν μεγαλύτερο κίνδυνο στο βαθύ διάστημα από την έκθεση στις κοσμικές ακτίνες και την ηλιακή ακτινοβολία από ό,τι σε χαμηλότερες τροχιές.
Επιπλέον, είναι δύσκολο ακόμη και για τους σημερινούς υπολογιστές να χαρτογραφήσουν τις οδούς Lagrangian σε τρισδιάστατο χώρο, απλώς και μόνο λόγω της πολυπλοκότητάς τους. Ο Lo επισημαίνει ότι η διάταξη του Superhighway υπακούει στις απόκρυφες επιταγές της θεωρίας του χάους, επομένως οι μικρές διαφορές στην ταχύτητα και την κατεύθυνση ενός σκάφους μπορούν να επηρεάσουν τη διαδρομή που θα διασχίσει το ηλιακό σύστημα. Ο σχεδιασμός της ακριβούς διαδρομής στην οποία ένα διαστημόπλοιο θα παρασύρεται κατά μήκος των σωλήνων βαρύτητας μπορεί να μας ξεπερνά.
Παρόλο που είναι φθηνότερο να ξεκινήσετε από το ένα μετά την άφιξή σας, το να φτάσετε σε ένα σημείο Lagrangian είναι απαγορευτικά ακριβό. Για να προωθηθεί ένας πύραυλος στη Γη-Φεγγάρι L2, όπως θέλουν να κάνουν οι υποστηρικτές του Skylab II, θα κόστιζε περίπου 2 δισεκατομμύρια δολάρια ανά εκτόξευση. Αυτό δεν θα μοιάζει με τις 115 πτήσεις λεωφορείων που χρειάστηκαν για τη συναρμολόγηση του Διεθνούς Διαστημικού Σταθμού, είπε ο Γκρίφιν. Οι αστροναύτες δεν θα μπορούσαν να επιστρέψουν γρήγορα στη Γη και ο ανεφοδιασμός του σταθμού θα ήταν δαπανηρός και σπάνιος.
Κάθε άνθρωπος που ζει σε ένα σημείο Lagrange θα αντιμετωπίσει άλλους κινδύνους για την υγεία, σημειώνει ο αστρονόμος Phil Plait, ο οποίος γράφει το ιστολόγιο «Bad Astronomy» για το Slate . Οι άνθρωποι χρειάζονται τη βαρύτητα - αυτό ακριβώς που λείπει από τα σημεία Lagrange - για να αποφύγουν προβλήματα με τα οστά και τους μυς, όπως έχουν αποκαλύψει μελέτες αστροναυτών σε συνθήκες σχεδόν χωρίς βάρος. Μπορεί να είναι δυνατό να δημιουργηθεί τεχνητά η βαρύτητα περιστρέφοντας τεράστιους διαστημικούς σταθμούς γύρω από τους δικούς τους άξονες, αλλά η βιωσιμότητα αυτής της επιλογής είναι αμφίβολη. Επιπλέον, όσον αφορά τη Διαπλανητική Υπερεθνική οδό, "η ακτινοβολία είναι ένα μεγάλο ζήτημα", λέει ο Plait.
Ένα πιο λεπτό, αλλά όχι λιγότερο επίμονο, εμπόδιο είναι η πνευματική κληρονομιά της εξερεύνησης, σύμφωνα με τον Dan Lester, ερευνητή στο τμήμα αστρονομίας του Πανεπιστημίου του Τέξας στο Όστιν. «Πώς μπορούμε να στείλουμε ανθρώπους στα σημεία Lagrange, [όταν] δεν υπάρχει τίποτα εκεί;» ρωτά, περιγράφοντας την αντίθεση σε τέτοιες αποστολές στο βαθύ διάστημα. Οι πρώτοι άνθρωποι περιφέρονταν στις πεδιάδες αναζητώντας έδαφος και τροφή. Οι πρώιμοι σύγχρονοι Ευρωπαίοι ξεπέρασαν τους ωκεανούς αναζητώντας τον «Νέο Κόσμο». Σήμερα, οι τουρίστες πηδούν στις ηπείρους για να δουν τον κεκλιμένο πύργο της Πίζας ή να κάνουν καταδύσεις στον Μεγάλο Κοραλλιογενή Ύφαλο της Αυστραλίας. «Η ιστορική εικόνα της εξερεύνησης είναι να βάζεις τα ίχνη κάπου», προσθέτει ο Lester. «Περιλαμβάνει να πάτε σε έναν βράχο όπου θα υπάρχει ένα νησί ή μια ήπειρος. Πρέπει να είναι βράχος. Πρέπει να είναι ένα μέρος στο οποίο μπορείς να σταθείς». Χάρη σε αυτές τις αποσκευές, ο Lester ισχυρίζεται ότι ένα σημείο Lagrange σε κενό χώρο δεν μοιάζει με "πραγματικό" μέρος για πολλούς.
Θα μπορούσαμε να ξεπεράσουμε αυτές τις προκαταλήψεις, σημειώνει, σκεπτόμενοι τα σημεία Lagrange ως προορισμούς για «απομακρυσμένη εξερεύνηση»:επανδρωμένους σταθμούς παρακολούθησης για τον έλεγχο ρομπότ στην επιφάνεια ενός πλανήτη. «Τα τηλερομποτικά χέρια και δάχτυλα θα είχαν πολύ μεγαλύτερη επιδεξιότητα από ό,τι ένας αστροναύτης με διαστημική στολή», λέει ο Lester. «Αν θέλετε να σηκώσετε έναν βράχο και να τον αναποδογυρίσετε και να ξύσετε την επιφάνεια του, είναι πιο εύκολο με ένα τηλερομπότ παρά έναν αστροναύτη με χοντρά γάντια». Η τοποθέτηση ενός επανδρωμένου διαστημικού σκάφους σε ένα σημείο Lagrange θα επέτρεπε σε μια αποστολή να παραμείνει σε ένα σημείο πάνω από την επιφάνεια ενός σημαντικού αστρονομικού σώματος και να παραμείνει σε συνεχή επαφή με ένα ρόβερ που μοιάζει με το Curiosity στην επιφάνεια. Δυστυχώς, δεν είναι πιθανό να είναι ο Άρης:Τα μικροσκοπικά φεγγάρια του πλανήτη δημιουργούν πολύ αδύναμα σημεία Lagrange Άρη-σελήνης και η απόσταση του προτιμώμενου σημείου Lagrange Άρη-Ήλιου είναι πολύ μακριά για εξερεύνηση από απόσταση, σύμφωνα με τον Lester.
Η εξερεύνηση δεν χρειάζεται να αφορά αποκλειστικά την εύρεση ενός σημείου για να αφήσει κανείς το σημάδι του. Οι υποστηρικτές του ταξιδιού του Lagrangian προτείνουν ότι θα πρέπει επίσης να περιλάβει το εγχείρημα σε μια αχαρτογράφητη περιοχή - είτε στον ωκεανό είτε στο βαθύ διάστημα - σε μια αναζήτηση για επέκταση της γνώσης. Ακριβώς όπως οι εξερευνητές του 19ου αιώνα χαρτογράφησαν τα ρεύματα του ωκεανού για να συλλάβουν την υδρόγειο, η εύρεση διαδρομών μεταξύ των σημείων Lagrange θα μπορούσε να μας βοηθήσει να σχεδιάσουμε τη θέση μας στο ηλιακό σύστημα, δαμάζοντας την απεραντοσύνη του στο μυαλό μας. Μόλις βρούμε άνετα το δρόμο μας γύρω από τα σημεία Lagrange μεταξύ της Γης και της Σελήνης ή της Γης και του Ήλιου, ίσως η αυτοπεποίθησή μας να αυξηθεί και να μας οδηγήσει σε πιο τολμηρά ταξίδια — στον Άρη και πέρα από αυτό.
Η Elizabeth Howell είναι μια βραβευμένη δημοσιογράφος για το διάστημα και την επιστήμη με έδρα την Οτάβα του Καναδά. Η δουλειά της εμφανίζεται επίσης στα SPACE.com, Universe Today, LiveScience, Space Exploration Network και All About Space, μεταξύ άλλων εκδόσεων.
