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空少問答
小課堂
第七十五期
5
月
28
日
周
一
答：嫦娥系列中繼星「鵲橋」所飛行的「L2點」是什麼？
上周六，空少為大家留了1個問題，來看看空少的解答以及從留言中選出的最佳答案吧！
想要查看原問題背景介紹的朋友們可以點擊《問：嫦娥系列中繼星「鵲橋」所飛行的「L2點」是什麼？》~下面就讓我們來看看空少的解答吧！
空少正解
上期我們講到，作為「嫦娥四號」衛星計劃的一部分，名為「鵲橋」的中繼星在近日先被發射去月球，飛行在名為「拉格朗日L2點」的太空位置。那麼，嫦娥系列為什麼要發射中繼星「鵲橋」？它有什麼作用，又為什麼選擇了稱為「L2點」的位置？
「鵲橋」
先說「鵲橋」的作用，這與嫦娥四號本身的任務有關。嫦娥四號計劃將登陸月球背對地球一面的南極附近的艾特肯盆地。什麼叫背對地球一面？其實月亮有一個特點，它自轉（自身旋轉）和公轉（圍繞地球轉圈）的速度一樣，就像下邊這個圖，那麼，它有一面永遠沖著我們地球，有一面永遠是背面，看不見的。
由於自轉與公轉速度相同，月球A面一直面向中間的地球
嫦娥四號的任務計劃就是降落去月球背面，但是這樣一來，落在月球表面的它沒有面向地球的機會，沒有辦法和地球進行通信，想要發送數據等，就需要中繼衛星。過去美蘇還有咱們的嫦娥都在環繞月球飛行時有過飛臨月球背面，不得不中斷和地球之間的無線電通訊，等到再次飛出陰影、看到地球後才能恢復。美國阿波羅任務就遇到過引擎在月球背面的時候點火，地球方面無法監控自然比較緊張。嫦娥四號是無人探測器，風險小得多，但是如何給飛臨月球背面的飛行器發出指令，遙控它準確著陸在預定位置，並且順利接收傳回的圖像數據，還是個不小的技術挑戰。「鵲橋」就要在這裡發揮作用，只要它既處於月球背面、又在較高的高度，我們很容易利用它作為通信中繼。
月亮正面（左）和背面（右）
那麼，這個「拉格朗日L2點」又是什麼呢？
所謂拉格朗日點，是天體力學中限制性三體問題的特解。在兩個大物體（下圖M1和M2）的引力作用下，空間中的一些點所受的引力平衡，位於這些點的物體能相對於兩大物體基本保持靜止。這些點的存在由瑞士數學家歐拉於1767年推算出前三個，法國數學家拉格朗日於1772年推導證明剩下兩個，分別就叫L1、L2、L3、L4、L5點，位置如圖所示。其中L4、L5點在以兩天體連線為底的等邊三角形的第三個頂點上。
拉格朗日點
而L1、L2和L3在兩個天體的連線上，以「鵲橋」來說，就是地球（M1）和月亮（M2）的連線上。若把一個物體放在這3個點中的其中一個，垂直於中線的把物體推開（上圖中上下移動物體的話），則有一力將其推回平衡點；但若該物體靠近或遠離任一星體（上圖中左右移動物體的話），在力平衡下也會回到原來的位置。
L1在M1和M2兩個大天體的連線上，且在它們之間。L2在兩個大天體的連線上，且在較小的天體一側。L3在兩個大天體的連線上，且在較大的天體一側。以「鵲橋」來說，其所在的「L2點」就在月球的背面、地球（M1）和月亮（M2）的連線上引力平衡的位置，地月L2距離月球6.5萬千米，距離地球38.4+6.5萬=44.9萬千米。在L2點衛星消耗很少的燃料即可長期駐留，易於嫦娥四號的相關工作。
留言區·精選
@ 乾
為了讓在月球背面的月面探測器能與地球獲得直接通信，而鵲橋的作用，就是起到橋樑中繼的作用。L2點，是地月引力平衡點之一。
@ 柏林少年
L2是拉格朗日點，拉格朗日點指受兩大物體引力作用下，能夠使小物體穩定的點。一個小物體在兩個大物體的引力作用下在空間中的一點，在該點處，小物體相對於兩大物體基本保持靜止。拉格朗日點有五個，L2為月球背面的拉格朗日點。
@ 風
L點其實叫拉格朗日點，飛行器到達這個位置，由地球和月球對飛行器的萬有引力的合力提供向心力，此時飛行器和月球是同角速度繞地球運動的，因而飛行器相對月球靜止，L點一共有五個，位於月球背面的叫拉格朗日二點，簡稱L2，鵲橋衛星並非定在這一點，而是繞著該點做圓周運動，從地球看去，它的軌道在月球後形成了一個環，這樣，嫦娥四號發射的信號可以通過鵲橋傳到地面。而由於在L點附近，鵲橋維持軌道所需的能量也是最少的。
感謝大家的支持，我們下期再見！
