Gibt es viel Weltraummüll an den Erde-Mond-Lagrange-Punkten?

Um andere Antworten zu ergänzen, sind die L1-L2-Lagrange-Punkte instabil, da sie der Radialgeschwindigkeit der beiden Mutterkörper folgen müssen, wenn sie sich gegenseitig umkreisen, in unserem Fall die Erde in einer heliozentrischen Umlaufbahn um die Sonne, aber keiner von ihnen ist wirklich auf der Umlaufhöhe, die ihrer Radialgeschwindigkeit entspricht (zu langsam in L1 und zu schnell in L2). Da die Umlaufbahn der Erde nicht exakt kreisförmig ist (Orbitalexzentrizität von ~ 0,017), ändert sich auch ihre Höhe während einer Umlaufzeit geringfügig. Dies ist weniger der Fall bei L4-L5 und wohl auch L3, abhängig von der orbitalen Exzentrizität der Elternkörper, und hier könnten wir Trojan und Hilda findenFamilie der Asteroiden bzw. Alle diese Lagrange-Punkte können auch durch den Gravitationseinfluss anderer Himmelskörper im System gestört werden, zum Beispiel die Jupiter- und sogar die Mondbahn im Falle von L1-L2-Sonne-Erde-Punkten. Und hier geht es natürlich um Instabilitäten im Geschwindigkeitsvektor entlang des M1-Grundkörpers. Orthogonal dazu und zu den Körpern M1 und M2 ist es nur der Kipppunkt in Richtung M1 oder M2.

Etwas vereinfachend spreche ich davon, dass die heliozentrische Geschwindigkeit (unter Verwendung von$v_o \approx {2 \pi a \over T}$) wird sein$\text{SEL1} \approx 29.49\ \text{km/s}\ \ $und$\text{SEL2} \approx 30.08\ \text{km/s}\ \ $, wo die Umlaufgeschwindigkeit der Erde ist$v_o \approx 29.78\ \text{km/s}\ \ $. Dieser Unterschied wird durch die Sattelpunkte L1-L3 beibehalten, nicht zu unähnlich dem Surfen an der Spitze einer Welle. Jede seitliche Bewegung wird Ihr Gleichgewicht in Richtung eines der beiden Elternkörper (M1 oder M2) kippen.

Daher müssen Umlaufbahnen von Lagrange-Punktsatelliten verwaltet werden, was normalerweise als Orbital Station Keeping bezeichnet wird . Die Auswirkungen dieser Störungen und Instabilitäten können etwas ausgeglichen werden, indem Lagrange-Punkt-Satelliten in Halo- oder Lissajous-Umlaufbahnen platziert werden und eine präzise orbitale Einfügung verwendet wird, aber nicht einmal diese werden stabil sein, ohne bordeigene Treibmittel und Korrekturen ihrer Umlaufbahnen zu verwenden. Alle orbitalen Trümmer oder ganzen nicht mehr existierenden Satelliten werden sich schließlich in Richtung Erde drehen ( siehe Update zu dieser Antwort ), aber sie haben zu viel Umlaufimpuls, um wirklich auf die Sonne zu fallen, da ihre Umlaufzeit tatsächlich der der Erde entspricht, aber ihre Halbzeit Achse in Richtung der Sonne nicht für etwa ± 1,5 Millionen Kilometer oder ungefähr ± 1 %).

TL;DR : All dies bedeutet, dass die Punkte L1 und L2 im Wesentlichen frei von langfristigen orbitalen Trümmern wären. Und bei L3-L5 besteht fast keine Chance, dass ein anderer Körper mit einer signifikant unterschiedlichen Orbitalenergie an diesen Punkten eingefangen wird, es sei denn, die Körper dort haben sich aus derselben protoplanetaren Scheibe gebildet und haben dieselbe Radialgeschwindigkeit, die erforderlich ist, um auf dieser Höhe zu bleiben. Aber wenn wir absichtlich Satelliten dort platzierten, würden alle Trümmer von ihnen viel länger dort bleiben als bei L1- und L2-Punkten (und vielleicht L3, wie zuvor erwähnt).

Bearbeiten : Anscheinend habe ich die Frage anfangs falsch gelesen und für die Sonne-Erde-Lagrange-Punkte anstelle der Erde-Mond-Punkte geantwortet. OK, kein Problem, die meisten Probleme bleiben theoretisch gleich, nur die Sattelpunkte L1-L3 sind noch instabiler. Die Orbitalexzentrizität des Mondes beträgt ~ 0,055, sodass sich die L1-L3-Punkte noch stärker entlang der Erde-Mond-Achse bewegen. Im Durchschnitt ist EML1 326.380 km von der Erde und 58.019 km vom Mond entfernt, EML2 448.914 km bzw. 64.515 km, und ihre Geschwindigkeiten wären (wieder durchschnittlich) ~ 0,87- und 1,2-mal die durchschnittliche Umlaufgeschwindigkeit des Mondes (1,022 km). /s). Sie sind noch mehr beunruhigt, insbesondere durch die Sonne selbst und die Komplexität der Umlaufbahn des Mondes relativ zur Sonne (entgegen der landläufigen Meinung krümmt er sich jedoch nie in Schleifen).

Hier ist ein schönes Bild, das Erde-Mond-Lagrange-Punkte darstellt:

    ^{Die Lagrange-Punkte für das Erde-Mond-System. Kredit: David A. Kring, LPI-JSC Center for Lunar Science and Exploration}

Und so sahen die Lissajous-Umlaufbahnen der EML1- und EML2-Umlaufbahnen der P1-Raumsonde der ARTEMIS-Mission (Acceleration, Reconnection, Turbulence and Electrodynamics of the Moon's Interaction with the Sun) aus :

     ^{Der Blick von oben auf die ARTEMIS-Bahnen beim Übergang von den nierenförmigen Lissajous-Bahnen auf beiden Seiten des
     Mondes zu einer Umlaufbahn um den Mond. Bildnachweis: NASA/Goddard Space Flight Center}

    ^{Illustration der Artemis-P1-Befreiungsbahnen, Seiten- oder Ekliptikansicht. Bildnachweis: NASA/Goddard}

Quellen:

• Lagrange-Punkte-Rechner: Orbitsimulator.com
• Bad Astronomy Blog: Der Mond, der einen Hügel hinaufging, aber einen Planeten herunterkam
• NASA: ARTEMIS-Sonde bereiten sich auf die Mondumlaufbahn vor
• NASA: ARTEMIS - Der erste Erde-Mond-Librations-Orbiter

Die Lagrange-Punkte L1, L2 und L3 sind in prograder und retrograder Richtung stabil, aber instabil auf der radialen Achse. Das bedeutet, dass jedes Objekt an diesen Punkten in radialer Richtung wegdriftet, es sei denn, es verwendet einen geringen Schub, um an diesen Punkten auszugleichen, sodass eine Konzentration natürlicher Masse oder Trümmer an diesen Punkten unmöglich ist.

Nur die Punkte L4 und L5 sind stabil, und Objekte, sogenannte "Trojaner" , neigen dazu, diese Punkte zu umkreisen. Es gibt auch einen, der die Erde/Sonne L4 umkreist: 2010 TK ₇ . Es kommt selten vor, dass Trojaner nahe an den Lagrange-Punkten kreisen. Der Grund ist, dass diese Punkte nur dann 100% stabil wären, wenn Sonne und Erde die einzigen Objekte im Sonnensystem wären. Aber aufgrund des Gravitationseinflusses der anderen Planeten würde ein Objekt, das genau bei L4 oder L5 geparkt ist, langsam aber stetig von seinem Punkt weggezogen werden und in einer Umlaufbahn um ihn herum landen.

Die Punkte L4 und L5 von Mond/Erde scheinen sauber zu sein, abgesehen von einigen schwachen Staubwolken , und sogar deren Existenz ist umstritten.

Es gibt eine Reihe von Missionen, die zu verschiedenen Lagrange-Punkten geführt haben, siehe Wikipedia für eine gute Liste. Schauen wir uns an, was es braucht, um dort zu bleiben:

• James Webb - Vorgeschlagen für L1-Punkt, kann nur genug Treibstoff für eine 10-Jahres-Mission mitnehmen.
• Hershel-Weltraumteleskop : Wurde absichtlich von L2 zu einem heliozentrischen verschoben, weil „das Raumschiff in einem langsamen Sturz sein würde, sich von seiner stabilen L2-Umlaufbahn zurückziehen würde und dem Druck der Sonnenstrahlung ausgesetzt wäre. Und da die Bodenstationen der ESA nicht mehr mit ihm kommunizierten, also wir wollte im Grunde die Umlaufbahnen überprüfen und sicherstellen, dass es für die zukünftige Wissenschaft nicht fälschlicherweise als Asteroid erkannt wurde.

Es hat noch nie eine L3-Mission gegeben, aber die gleiche Logik folgt, der Treibstoffverbrauch ist erforderlich, um diese Umlaufbahn aufrechtzuerhalten, und infolgedessen sollte dort keine große Menge Trümmer zurückbleiben.