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Die Lagrangepunkte & ihre Bedeutung für die Weltraumteleskope Herschel & Planck

Inhalt
1.Was sind die Lagrangepunkte?
2. Die Bedeutung des Lagrangepunkte für die
Raumfahrt
2.1. Allgemein
2.2. Der L2
2.2.1. Allgemein
2.2.2. Am Beispiel Herschel
2.2.3. Am Beispiel Planck
3. Die Bahnen
4. Quellen
Was sind die Lagrangepunkte?
Die Lagrangepunkte (auch
Librationspunkte genannt) sind nach
ihrem Entdecker Joseph-Louis
Lagrange benannt. Er entdeckte, dass
man das analytisch nicht lösbare
Dreikörperproblem lösen kann, wenn
der dritte Körper eine
vernachlässigbare Masse hat, deshalb
spricht man auch vom eingeschränkten
Dreikörperproblem. Er tat dies Ende
der 18. Jahrhunderts und kam zu der
Lösung, dass es in einem
Zweikörpersystem 5 "Lagrangepunkte" gibt, Punkte bei denen sich die
Anziehungskräfte und die Zentrifugalkraft die Waage halten. Ein sich auf diesem Punkt
befindender Körper bewegt sich also relativ zu den beiden anderen Körpern nicht und
ist schwerelos. Wie man in Abb. 1 sehen kann, befinden sich in dem Erde-Sonne-
System 2 Lagrangepunkte relativ nahe der Erde: Der L1 befindet sich 1,5 Mio. km von
der Erde in Richtung Sonne, der L2 1,5 Mio. km in die sonnenabgewandte Richtung.
Der L3 existiert mit dem gleichen Sonnenabstand wie die Erde genau an der anderen
Seite der Sonne, was z.B. früher die Mär einer "Gegenerde" fütterte, welche aber heute
durch Beobachtung der Gravitationswirkung zu den anderen Planeten messbar sein
müsste. Die anderen Lagrangepunkte L4 und L5 liegen 60° vor bzw. hinter der Position
der Erde auf deren Umlaufbahn.
Die Lagrangepunkte unterscheiden sich untereinander vor allem in ihrer Stabilität, so
sind die Punkte L4 und L5 stabil: Ein Objekt könnte sich ein bisschen in Richtung
Sonne befinden, aber trotzdem nicht die Gegend des L4 /L5 verlassen, denn die Kräfte
sind an diesen Punkten so, dass ein Objekt durch diese wieder in Richtung des
Lagrangepunktes gelenkt werden. So
kommt es, dass diese Areale die einzigen
Gebiete einer Sonnenumlaufbahn eines
Planeten sind, wo sich weitere natürliche
Sonnensatelliten befinden, welche ein
genauso langes Jahr wie der Planet
haben, wie z.B. die s.g. "Trojaner" in der
Jupiter-Sonnenumlaufbahn, einer
Ansammlung von Asteroiden in jenen
Punkten. Die restlichen Lagrangepunkte
Abbildung 1:
Abbildung 2:
sind alle instabil, was bedeutet, dass ein Körper, der sich in x-Richtung (Sonne-Planet-
Gerade) vom Lagrangepunkt wegbewegt, den Punkt auch zwangsläufig verlässt und
sich auf eine andere Umlaufbahn begibt bzw. "in die Sonne stürzt" oder sich von der
Sonne weg bewegt. Man kann sich dieses Wirken der Anziehungs- und
Zentrifugalkräfte mithilfe des Modells von Abb. 2 vorstellen: Die instabilen
Lagrangepunkte entsprechen den Anhöhen, von denen das Objekt schon nach leichter
Verrückung "herunter rollt". Die stabilen Lagrangepunkte entsprechen den Sohlen in
denen denen das Objekt nach Verrückung wieder in Richtung Lagrangepunkt gezogen
wird.
Die Bedeutung der Lagrangepunkte für die
Raumfahrt
Allgemein
Aufgrund der oben genannten Schwerelosigkeit dieser Punkte, bemisst die Astronomie
diese Punkte als sehr wertvoll an, so werden sie als "Parkplätze des Alls" bezeichnet.
Die Lagrangepunkte L3,L4,L5 sind für die Wissenschaftler aber weniger attraktiv, da sie
u.a. sehr weit weg sind. Die Punkte L1 und L2 hingegen sind aufgrund ihrer Lage und
Nähe schon seit längerem interessant. Auf dem L1 lassen sich z.B. mit dort
stationierten Satelliten die Sonnenwinde gut analysieren und Aufgrund der relativen
Nähe zur Erde auch zu schicken lassen.
Ein anderer, aber für die Wissenschaft zur Zeit noch viel brisanterer Punkt ist der L2 .
Der L2
Allgemein
Der Lagrangepunkt 2 befindet sich 1,5 Mio. km von der sonnenabgewandten Seite.
Genau wie beim L1 führt die zusätzliche Anziehungskraft der Erde dazu, dass er
synchron mit der Erde um die Sonne verläuft. Dies führt dazu, dass sich die Erde
zwischen ihm und der Sonne befindet, und die sich da befindende Satelliten sich relativ
einfach von Sonnenstrahlen schützen lassen, die sie bei Langzeit-Belichtungs-
Aufnahmen maßgeblich stören würde. Außerdem ist so die Temperatur möglichst klein,
was für die Arbeit der Geräte des Satelliten erforderlich ist
Am Beispiel Herschel
Das Weltraumteleskop Herschel empfängt Infrarotstrahlen aus dem fernen Weltraum,
die man von der Erde aus nicht beobachten kann, weil das H2O in der Luft diese
Wellenlänge absorbiert. Aber genau das ist auch eine Arbeitsmethode von Herschel:
Das Teleskop beobachtet, an welchen Stellen Infrarotstrahlen absorbiert werden und
kann so schon geringe Mengen an H2O im Weltraum ausspähen. Wissenschaftler
erhoffen sich dadurch Erkenntnisse über die Entstehung von Sternen und Galaxien.
Des weiteren erkundet Herschel die Oberflächen der anderen Planeten unseres
Sonnensystems.
Am Beispiel Planck
Das andere Weltraumteleskop, Planck, untersucht den Himmeln nach
Hintergrundstrahlung. Diese Strahlung gilt als Beweis der Urknalltheorie: Bis ca.
370.000 Jahre nach dem Urknall gab es ein Strahlung-Marterie-Gleichgewicht. Ab da
an war das Weltraum durch die Expansion auf 3000K (2727°C) abgekühlt, so dass die
bis dahin freien Protonen und Elektronen zu Wasserstoff wurden und so nicht mehr
freie Elektronen für die Photonenwechselwirkung verfügbar waren: Das Licht wurde
unsichtbar. Die weitere Expansion und die damit verbundene Ausdehnung von allem
führte zu der heutigen Hintergrundstrahlung. Um die Strahlung möglichst sauber von
anderer Strahlung aufzuzeichnen ist das Planck-Teleskop um den L2 stationiert.
Die Bahnen
Da es schier unmöglich ist, den Satelliten genau am L2 zu stationieren, wird der Satellit,
so an den Lagrangepunkt gebracht, dass er ihn in einer Bahn umkreist. Hierbei gilt es,
dass er sich zwar in z-Richtung (Nord-Süd-Richtung der Ekliptik) aber nicht in x-
Richtung (Erde-Sonnen-Gerade) bewegen darf. Ein kleines Triebwerk am Satelliten
muss verhindern, dass er in x-Richtung vom Lagrangepunkt wegfällt
Quellen
Der Artikel "Die Bahnen der Weltraumteleskope Herschel und Planck" ist die Grundlage
meiner Hausarbeit und somit auch meiner Quellen. Die einzelnen Stellen aus dem
Artikel, auf die ich mich beziehe, führe ich deshalb hier auch nicht extra an.
Eine weitere Quelle ist die DVD, welche in der gleichen Ausgabe von SuW beigefügt
gewesen ist.
Titelbild: http://www.flugrevue.de/fm/3/thumbnails/Herschel_Planck_2.jpg.1103811.jpg
Abb.1:
http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/b/b8/Lagrange_very_massive.sv
g/1000px-Lagrange_very_massive.svg.png
Abb.2: http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/8/88/Lagrange_points.jpg
http://de.wikipedia.org/wiki/Hintergrundstrahlung#Theorie

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