《科技潮》
开博时间：2016-11-21 21:24:00《科技潮》杂志由北京科学技术委员会主管，北京高技术创业服务中心主办，1989年创刊，是集宣传科技政策，报道科技新星、介绍高新技术成果、分析科技动态、进行科普教育等于一身的综合性科技月刊。
拉格朗日点 理性在太空闪光
2009-12-19 21:01:38
按照计划，美国国家航空航天局要对哈勃空间望远镜（HST）进行第5次维修。维修之后，人们估计它至少能够再工作5年。HST一时还不“退休”，“继任者”詹姆斯·韦伯空间望远镜（JWST）只好在地面上再静候几年了。
有趣的是，詹姆斯·韦伯空间望远镜将不像HST那样绕着地球公转，它的“工作地点”被定在太阳-地球系统的“第二拉格朗日点”（在地球背向太阳一面的150万千米处）。拉格朗日（1736—1813）怎么也想不到，他的“三体问题”研究成果，在发表200多年之后，屡次在人类的科学研究与航天工程中被引用。
“三体问题”研究成果被后人使用，JWST不是第一例。更早受到世界瞩目的是2001年升空的威尔金森宇宙微波各向异性探测卫星（WMAP），WMAP是继宇宙微波背景探索者卫星COBE之后的第二代宇宙微波背景探测卫星。人们感到好奇的，也是WMAP的定位：处于太阳-地球系统的“第二拉格朗日点”。
现在，让我们说一说，什么是“三体问题”？简单地说，就是“太阳-地球-小质量物体”，或者“太阳-木星—小质量物体”这样的“三个天体”的系统如何运行。说得详细一点，就是研究这样的问题：“太阳-地球”或者“太阳-木星”这些天体系统，如果有无限小质量的物体加入进来，那么在万有引力作用下，这些小物体会怎样运动？
“三体问题中”最简单的一种类型，是“平面圆形限制三体问题”。拉格朗日求解这个问题，得到了5个特解：3个直线解和两个等边三角形解,只有两个等边三角形解是稳定解。如果小质量物体处在某一个拉格朗日点上，那么它所受到的太阳-木星（或太阳-地球）的引力，恰好等于它与太阳-木星（或太阳-地球）一起转动时所需要的向心力。这就是说，处在某一个拉格朗日点上，小质量物体就可与太阳-木星（或太阳-地球）的相对位置保持不变。
有趣的是，“第一代卫星”HST和COBE都是绕着地球“公转”，“第二代卫星”JWST和WMAP都把位置定在太阳-地球系统的“第二拉格朗日点”。欧洲空间局的两颗卫星“赫歇尔”、“GAIA”也看好那个“地点”，计划到那里落户。
在科学发展的历史上，跟“三体问题”有关的好玩故事还有不少。大约一百年前，1906年，德国天文学家马克思·沃尔夫发现了一颗奇异的小行星。它的轨道与木星相同，而不在通常所说火星轨道与木星轨道之间的小行星带里。最奇妙的是，它的绕日运动周期与木星相同。从太阳看去，它总是在木星之前60°运转，不会与木星贴近。这颗小行星被命名为“阿基里斯”，他是荷马史诗《伊里亚特》叙述的特洛伊战争中的希腊英雄。
天文学家沙利叶敏感地意识到，小行星“阿基里斯”很可能是法国数学家拉格朗日“三体问题”的一个特例：只要小物体、大行星与太阳这三者形成一个等边三角形，这小物体和大行星就会永远同步地绕太阳旋转，它们永远不会相撞。
果然，天文学家很快就在木星之后60°的位置上，也发现了小行星。迄今为止，在木星前后这两个拉格朗日点上，已找到700颗小行星。科学理论的预见何其美妙！后来发现的这些处在拉格朗日点上的小行星，都以特洛伊战争里的英雄命名。于是，这几百颗小行星，就有了一个“集体的”称号：特罗央群小行星。这个“特罗央”，实际上就是古希腊神话中小亚细亚的“特洛伊”城。
不久前，法国空间研究中心的天文学家提出一个新设想，使得拉格朗日点将来可能获得新的用途：用作拦截危险小行星的布防点。法国科学家提出，捕获一些中等体积的“天体”，把它们“部署”到“太阳—地球”体系的五个拉格朗日点中的一个。发现对地球有危险的小行星以后，人们可以调用这些“天体”去拦截危险小行星。
美妙的理论、美丽的图像、美好的应用，拉格朗日带给我们的兴趣是全方位的：理趣、情趣、志趣。这是我们对科学的全面的美感。
