人間の探検の歴史は、常に目的地の探索に結びついてきました。宇宙旅行も例外ではありません。人間を月に送り届けたアポロ計画は、科学的および技術的な成果であるだけでなく、旗を立てて足跡を残す演習でもありました。しかし、非常に特別な特性を持つものではあるが、宇宙の広大な点を空にするミッションを開始するという提案が現在作成されている.
恒星の周りを回る惑星や、惑星の周りを回る月を見てみましょう。これらの各システムには 5 つのスポットがあり、射手が弓を引くポイントに似た幾何学的構成で配置され、重力場と物体の回転の遠心力が相殺されます。これらは、天体の絶え間ない動きの中に隠された平衡、重力の空隙のゾーンです。ニッチはラグランジュ (またはラグランジュ) ポイントとして知られており、1772 年のエッセイで地球と太陽系の 2 つの場所を特定したフランス系イタリア人の数学者、ジョセフ ルイ ラグランジュにちなんで名付けられました。
適切なエネルギーの衛星または小惑星がラグランジュ点の周りのゾーンに入る方法を見つけた場合、他の2つの天体が軌道上のビジネスを行っている間、それらは静止したままです。ストリング。捕らえられた物体は、その場でホバリングしている間、ほとんどエネルギーを失いません。それが宇宙船である場合、これは、大気中の粒子との衝突によって抗力が生じ、軌道経路を「補充」するために燃料を要求する通常の軌道にあるのとは対照的に、空中にとどまるために少量の燃料を消費するだけでよいことを意味します.
「ラグランジュ点」という名前は、性質と安定性が異なるため、少し誤解があるかもしれません。星や惑星は重力の井戸と考えることができます。ラグランジュ点を丘と考えてください。地球と太陽のシステムを例にとると、地球から太陽の方向に約 100 万マイル離れた点 L1 は不安定です。その位置にある物体は、山の尖った先端でバランスをとったボールのように、2 つの物体の力が常にその位置を引っ張っているように、平衡状態から簡単に外れることがあります。オブジェクトを元の位置に押し戻すにはロケットが必要です。 L2 と L3 は、一方が地球の反対側にあり、もう一方が太陽の反対側にありますが、頂上が平らな台地のようにより安定しています。 L4 と L5 は、地球が太陽を周回するときに地球の前後 60 度にあり、最も安全です。そこにぶら下がっている物体は落ちません。死火山の頂上にあるジェリービーンの形をした深いクレーターの底にいるようなものです。ここでは、木星の周りの L4 点と L5 点に集まっている小惑星を青色で示しています。
私たちは、有人ミッション、ミッドスペース発射台、敏感な望遠鏡のための居心地の良い場所、太陽系の遠端への道の中継点など、宇宙のこれらの目立たないノッチの可能性を活用し始めたところです.
今年の 9 月に、欧州宇宙機関 (ESA) は、地球から太陽の反対方向に 932,000 マイル離れた地球 - 太陽 L2 にガイア宇宙天文台を打ち上げることを計画しています。地球の大気の劣化の影響から離れて、私たちの星の厄介な熱から離れて、ガイアの敏感な機器は、通常の軌道よりもラグランジュ点で長持ちします.また、地球の「夜」側にとどまるため、宇宙のより良い眺めが得られます。しかし、地球と太陽の L2 を占有するのはガイアが初めてではありません。実際、ESA のハーシェル宇宙天文台は、2012 年 4 月に中国の嫦娥 2 号探査機が行ったように、4 年間の任務の後、最近その場所を空けました。
さらに挑発的なのは、ラグランジュ点が深宇宙の植民地化の安定した足がかりを提供できるという考えです。理論的には、大量の建設資材をラグランジュ点まで爆破し、そこに置いておくことは可能であり、負荷がほとんどかからず、漂流するリスクが低く、地球からさらに食料が運ばれます。宇宙船が通常の軌道にある場合よりも、ミッドスペースでの建造と補給が容易になります。
NASA は、月の裏側から 40,000 マイル離れた、地球と月のシステムの L2 に有人宇宙ステーションを設置する可能性を調査しています。今年 NASA の技術者と学者が招集したプレゼンテーションで、NASA の境界を押し広げる先進概念局のエンジニア兼請負業者である Brand Griffin は、既存のロケット システムの一部を再利用して、L2 ニッチで快適に休息できる宇宙ステーションを構築することを提案しました。現在「Skylab II」と名付けられているこのプロジェクトは、1973 年から 1979 年にかけて地球を周回した米国初の宇宙ステーションにちなんで名付けられました。後ろを振り返るべし。そして、これは過去 40 年間を大きく振り返ったものです」と Griffin 氏は言います。
NASA は、スカイラブ II のラグランジュ ポイントを、より風変わりで遠く離れたミッションの前哨基地として使用できると Griffin 氏は示唆した。地球の表面から発射されるロケットとは異なり、ラグランジュ点から発射される宇宙船は、惑星の引力から逃れるために大量の燃料を燃焼する必要はありません。代わりに、ほとんど楽に間を滑ることができます。 Lagrange は、時々コミカルに、惑星間スーパーハイウェイと呼ばれる燃料効率の良い重力経路に沿って指摘します。
ラグランジュ点は多かれ少なかれ不安定であるため、宇宙船が 1 つのラグランジュ点から「落下」すると、理論的には、2 番目のラグランジュ点に効率的にすくい上げるような軌道に配置できます。 「これらは最速の経路ではありませんが、エネルギーを節約します」と、地理学者であり、国立航空宇宙博物館で新しい「時間とナビゲーション」展を構築したスミソニアン キュレーターの 1 人であるアンドリュー ジョンストンは言います。彼はこのプロセスを、大海原を海流に乗って移動する船になぞらえました。これは、目的地への到着を急いでいない場合の燃料効率の良い選択肢です。
ポイント自体は、この深宇宙重力チューブのネットワーク上の燃料補給ステーションやワークショップの場所になることさえあります. 「[ラグランジュ点] は、小惑星から原材料を移動させて物を作るための工場を配置するのに適した場所です」と、ジェット推進研究所の宇宙船軌道の専門家であるマーティン・ローは言います。彼は、地球と太陽系の L1 と L2 の間の低エネルギー経路を使用して太陽風のサンプルを収集する NASA の 2001 年の創世記ミッションの設計の背後にある頭脳の 1 人でした。 「これらの低エネルギーの『軌道』の 1 つに宇宙ステーションを配置すれば、ほとんど燃料を使わずに、基本的に、地球の周りの半径 200 万キロメートルの球体のさまざまな領域に行くことができます。」
しかし、ラグランジュ ポイント間を移動するには、数週間、数か月、さらには数年かかる場合があると、ロー氏は警告します。たとえば、土星と木星の間の惑星間スーパーハイウェイを進むには、約 100 年かかります。 1979 年から 1980 年にかけて飛行した NASA のボイジャー 1 号宇宙船は、燃料を大量に消費するロケットを使って 21 か月で飛行しました。重力チューブが地球に近づくためのより管理しやすい時間枠があっても、動きの遅いペースは繊細な人間にとって理想的ではありません.
さらに、今日のコンピューターでさえ、ラグランジュの小道を 3 次元空間でマッピングすることは、単純にその複雑さのために困難です。ロー氏は、スーパーハイウェイのレイアウトはカオス理論の難解な指示に従っているため、宇宙船の速度と方向のわずかな違いが、太陽系を通過する経路に影響を与える可能性があると指摘しています。宇宙船が重力チューブに沿ってドリフトする正確な経路を計画することは、私たちには不可能かもしれません.
到着してから出発する方が安上がりですが、ラグランジュ ポイントに到達するには法外な費用がかかります。スカイラブ II の支持者が望んでいるように、ロケットを地球-月 L2 まで推進するには、打ち上げごとに約 20 億ドルの費用がかかります。これは、国際宇宙ステーションを組み立てるのに要した 115 回のシャトル フライトとは異なると、グリフィン氏は述べています。宇宙飛行士はすぐに地球に戻ることができず、ステーションへの補給には費用がかかり、頻度も低くなります。
ラグランジュ点に住んでいる人間は、他の健康上のリスクに直面するだろうと、Slate の「Bad Astronomy」ブログを書いている天文学者 Phil Plait は述べています。 .ほぼ無重力状態の軌道にいる宇宙飛行士の研究が明らかにしたように、骨や筋肉の問題を回避するために、ラグランジュ点に欠けているまさに重力が必要です。大規模な宇宙ステーションを自身の軸の周りで回転させることで人工的に重力を作り出すことは可能かもしれませんが、このオプションの実行可能性は疑問です.さらに、惑星間スーパーハイウェイに関しては、「放射線は大きな問題です」と Plait は言います。
テキサス大学オースティン校天文学部のリサーチ フェローであるダン レスター氏によると、より目立たない、しかし頑固な障壁は探査の知的遺産です。 「ラグランジュ点に何もないのに、どうやって人々をラグランジュ点に送ることができるでしょうか?」彼は、そのような深宇宙ミッションへの反対を説明して尋ねます。初期の人間は、領土と食料を求めて平原を歩き回りました。近世のヨーロッパ人は「新世界」を求めて海を渡った。今日、観光客は大陸を飛び回り、ピサの斜塔を見たり、オーストラリアのグレート バリア リーフでスキューバ ダイビングをしたりしています。 「探検の歴史的なイメージは、足跡をどこかに置くことです」とレスターは付け加えます。 「それには、島や大陸があるであろう岩に行くことが含まれます。それは岩でなければなりません。それはあなたが立つことができる場所でなければなりません。この手荷物のおかげで、Lester は、何もない空間にあるラグランジュ点は、多くの人にとって「本当の」場所のようには感じられないと主張しています。
ラグランジュ点を「遠隔探査」の目的地、つまり惑星の表面でロボットを制御するための有人監視ステーションと考えることで、これらの先入観を克服できるかもしれない、と彼は指摘します。 「テレロボットの手と指は、宇宙服を着た宇宙飛行士よりもはるかに器用です」とレスターは言います。 「石を拾ってひっくり返し、表面を引っ掻きたい場合、厚手の手袋をはめた宇宙飛行士よりも遠隔ロボットの方が簡単です。」有人宇宙船をラグランジュ ポイントに配置することで、重要な天体の表面上の 1 つの場所にミッションを留めることができ、表面上のキュリオシティのようなローバーと常に接触し続けることができます。残念ながら、火星である可能性は低いです。火星の小さな月は、火星と月のラグランジュ ポイントが非常に弱く、火星と太陽のラグランジュ ポイントの距離が遠すぎて、遠隔探査を行うことができません。
探検は、足跡を残す場所を見つけることだけにとどまる必要はありません。ラグランジュ旅行の支持者は、知識の拡大を求めて、海であろうと深宇宙であろうと、未知の領域に足を踏み入れることも含むべきだと示唆しています。 19 世紀の探検家が地球を概念化するために海流をマッピングしたのと同じように、ラグランジュ ポイント間のルートを見つけることは、太陽系における自分たちの位置をプロットし、その広大さを頭の中で整理するのに役立ちます。地球と月の間、または地球と太陽の間のラグランジュ点を快適に回れるようになると、おそらく自信が高まり、火星やその先へのより大胆な航海に挑戦するようになるでしょう。
エリザベス・ハウエルは、カナダのオタワを拠点とする受賞歴のある宇宙科学ジャーナリストです。彼女の作品は、SPACE.com、Universe Today、LiveScience、Space Exploration Network、All About Space などの出版物にも掲載されています。
