Over: Lucy under passering av en dobbeltasteroide
eRomfart 2021-033, Norsk Astronautisk Forening, 01.10.2021
Dette er en nyhetsnotis opprinnelig sendt på epost til medlemmer av Norsk Astronautisk Forening. Dersom du ikke er medlem, men ønsker å motta disse epostene og nyte godt av våre øvrige tilbud, kan du melde deg inn via vårt elektroniske innmeldingsskjema.
Lucy og Lagrange
Av Ragnar Thorbjørnsen
Lucy er navnet på en romsonde som i løpet av 12 år skal besøke åtte asteroider. Syv av disse asteroidene befinner seg i et Lagrange-punkt mellom Solen og Jupiter (fire av dem i L4 og tre av dem i L5).
Som en kan se av figuren under, befinner disse Lagrange-punktene seg i hjørnet av en trekant der Solen og Jupiter er i de to andre hjørnene. Oppskytingsvinduet for Lucy åpner den 16. oktober. På vei mot L4 vil sonden allerede i april 2025 passere en asteroide som ikke befinner seg i et av disse punktene, en asteroide med navnet Donaldjohanson. Den har en diameter på fire kilometer, og befinner seg i den indre delen av asteroidebeltet. Denne passeringen er kun en ekstra bonus og en mulighet til å kalibrere instrumentene på vei mot asteroidene ved L4.
De fem Lagrange-punktene, her illustrert med Solen, Jorden og JWST ved L2.
I 2027 vil Lucy studere fire asteroider i rommet nær L4 og i 2033 skal sonden studere tre asteroider i rommet nær L5, der to av dem sirkler rundt hverandre, mens den tredje sirkler rundt begge, som en måne.
Navnet Lucy skriver seg fra benrester etter en forløper til homo sapiens, som ble funnet i Afrika i 1974, og som regnes som en tidlig stam-mor til homo sapiens. Siden disse asteroidene antas å inneholde materiale fra Solsystemets barndom, fant man på å kalle romsonden for Lucy. Så må det også nevnes at en av dem som gjorde funnet, var en amerikansk paleoantropolog ved navn Donald Johanson, hvilket forklarer at nevnte asteroide fikk dette navnet. Som en kuriositet kan også nevnes at de som fant disse benrestene, valgte navnet Lucy etter navnet på Beatles-låten “Lucy in the sky with diamonds”.
Banen som romsonden Lucy skal følge. Merk at illustrasjonen viser banen i forhold til en fast linje mellom Solen og Jupiter.
Joseph-Louis Lagrange var en av historiens viktigste matematikere. Han ble født i Italia, men tilbrakte det meste av sitt voksne liv i Tyskland og Frankrike. I 1772 fant han fram til et spesialtilfelle av trelegemeproblemet, som i vår tid har vist seg å være spesielt nyttig innenfor romfart. Isaac Newton hadde omtrent 100 år tidligere utviklet sin gravitasjonsteori, der han blant annet fant en formel for gravitasjonskraft mellom to legemer. Dermed kunne man matematisk beregne bevegelsene til en planet i dens bane rundt Solen. Her dukket det imidlertid opp et problem som viste seg å være betydelig vanskeligere å løse, nemlig å beregne bevegelsene hvis det er tre legemer involvert, for eksempel Solen, Jorden og Månen. Det viste seg at dette problemet ikke har en eksakt matematisk løsning. Lagrange viste at man ved å gjøre en “liten” forenkling, likevel kunne finne noen interessante løsninger, dog mente han at de kun var av teoretisk interesse.
Løsningene han fant innebærer at det finnes fem punkter i rommet rundt to legemer, der et tredje legeme vil være i ro i forhold til de to andre legemene. En viktig forutsetning for denne løsningen er at det tredje legemet har en masse som er forsvinnende liten i forhold til massen til de to andre legemene. Gode eksempler kan være Solen, Jorden og et romfartøy eller Jorden, Månen og et romfartøy. Et eksempel av interesse i forbindelse med Lucy er tilfellet Solen, Jupiter og noen asteroider som kommer inn under fellesbetegnelsen “trojanere”. Disse asteroidene er fanget i Lagrange-punktene L4 og L5, der Solen og Jupiter er de store legemene i trekanten. Matematikken tilsier at de små legemene forblir i nærheten av disse punktene, til tross for at de har en viss bevegelse i forhold til det punktet de er bundet til.
Disse punktene benevnes nå som Lagrange-punkter, og de nummereres L1, L2, L3, L4 og L5 (se figur). Trojanerne befinner seg i punktene L4 og L5.
James Webb Space Telescope (JWST), som etter planen nå skal skytes opp den 18. desember, skal plasseres ved Lagrange-punktet L2, der Solen og Jorden er de store legemene i den matematiske løsningen. I denne posisjonen vil alltid Solen og Jorden befinne seg omtrent i samme retning sett fra teleskopet, dermed blir det enklere å beskytte det mot lys fra disse to legemene.
NASAs planlagte romstasjon i rommet nær Månen skal ikke gå i bane rundt Månen, men skal bevege seg i en halo-bane som er styrt av punktet L2, der Jorden og Månen er de store legemene i den matematiske løsningen. Romstasjonen skal gå i en langstrakt bane rundt L2, en såkalt NRHO-bane (Near Rectilinear Halo Orbit). I denne banen vil man ha tilnærmet kontinuerlig fri sikt til Jorden, noe som er en fordel med tanke på kommunikasjon med kontrollsenteret.
