Lagrange-Punkte | Einfach Erklärt (2019)

Was sind eigentlich Lagrange-Punkte?

Das erklären wir heute kurz und einfach.

Bei Lagrange-Punkten, im Englischen: Lagrange-points, handelt es sich um 5 gravitativ stabile Punkte

relativ zu einem Körper.

Sie existieren dann, wenn dieser einen massereicheren Körper umläuft.

Ein massearmes Objekt, etwa ein Raumschiff, kann sich antriebslos auf einem der Lagrange-Punkte

aufhalten, ohne dabei seine Position relativ zum Körper M2 zu verändern.

Lagrange Punkte haben daher große Bedeutung für Raumfahrt und Astronomie.

Die Existenz von Lagrange-Punkten wurde vom Deutschen Leonard Euler und dem Italiener

Joseph-Louis Lagrange entdeckt – und nach letzterem benannt.

Während es an sich nicht möglich wäre, stabile Punkte in einem Dreikörpersystem

analytisch zu beschreiben, konnten Euler und Lagrange dies tun, in dem sie für den dritten

Körper eine vernachlässigbar kleine Masse annahmen.

Die Lagrange-Punkte L1 bis L3 befinden sich auf der Verbindungslinie der beiden massereichen

Körper – beispielsweise Erde und Sonne.

L1 liegt dabei genau zwischen den Körpern, L2 befindet sich hinter der Erde und L3 schließlich

hinter der Sonne – etwas außerhalb der Umlaufbahn der Erde.

Diese drei Punkte sind nicht vollständig stabil – schauen wir uns das mal an einem

Beispiel an.

Ein Objekt auf dem L1 Punkt, welches den Lagrange-Punkt nach vorn oder nach hinten verlassen will,

wird quasi wieder zurückgezogen, da sich die senkrechten Komponenten der Gravitationskraft

von Sonne und Erde addieren.

Seitlich allerdings sind die Punkte instabil – sobald ein Satellit auf L1 sich seitlich

bewegt, beginnt entweder das Gravitationsfeld der Erde oder der Sonne zu dominieren – der

Satellit wird nun L1 verlassen.

Die anderen beiden Lagrange Punkte, L4 und L5, befinden sich auf der Umlaufbahn von M2

– und zwar jeweils am Außenpunkt eines gleichseitigen Dreiecks, dessen Grundlinie

der Verbindungslinie zwischen den beiden massereichen Körpern entspricht.

Im Gegensatz zu den ersten drei Punkten sind L4 und L5 stabil – ein Satellit, welcher

die Punkte verlassen will, wird durch die Corioliskraft in einen Orbit um den Lagrange-Punkt

gebracht.

Was finden wir auf den einzelnen Punkten?

Wenn wir das Erde-Sonne System betrachten, dann sind gerade L1 und L2 von großer Bedeutung.

L1, etwa 1,5 Millionen KM von der Erde entfernt, wird unter anderem für Beobachtung von Sonne

und Erde genutzt.

Seit 1995 befindet sich hier die NASA Sonde SOHO, seit 2015 verrichtet das Deep Space

Climate Observatory seine Arbeit auf L1.

Von L1 aus gesehen ist es auf der Erde immer Tag und immer Vollmond – diese Bilderfolge

des DSCO macht das eindrucksvoll deutlich.

Geringe Kurskorrekturen sind übrigens nötig, um der Instabilität von L1 entgegen zu arbeiten.

L2 bietet sich insbesondere für Beobachtungen des Raumes an – an diesem Punkt ist der

Einfluss der Sonne besser kontrollierbar.

So erklärt sich dann auch, dass die ESA das Infrarotteleskop Herschel dort ebenso parkte

wie die Astrometriesonde GAIA, welche seit 2014 ihren Dienst auf L2 verrichtet.

Sie erwarten demnächst einen neuen Nachbarn – auch das mit Spannung erwartete James

Webb Teleskop soll seinen Dienst übernächstes Jahr am L2-Punkt aufnehmen.

L4 und L5 – das hatte ich vorhin bereits erwähnt – sind vollständig stabile Punkte.

Sie sind somit auch die Einzigen, auf denen wir natürliche Satelliten – etwa Staub

oder Asteroiden erwarten.

Zuerst war das Phänomen bei Jupiter entdeckt wurden, dem tausende Asteroiden vorauseilen

und weitere tausende folgen.

Diese Asteroiden werden – dem griechischen Epos nach – Troianer genannt.

Mittlerweile hat man aber auch für andere Planeten Troianer entdeckt – so z.B.

Mars, Neptun und Uranus – seit 2010 wissen wir, dass auch die Erde mindestens einen Trojaner

besitzt.

Der Asteroid 2010 TK eilt ihr auf dem L4-Punkt voraus.

Und nur der Vollständigkeit halber – nein, es gibt keine Gegenerde auf L3 – dies wäre

nämlich physikalisch unmöglich.

Wenn ihr noch Fragen habt, lasst es uns gerne in den Kommentaren wissen.

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Wie immer danken wir unseren Patrons – ganz besonders unseren galaktischen Overlords Rico,

Dimitar und Tobias.

Danke fürs Zuschauen und – in diesem Sinne – 42!