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안녕 게이들아

이번에 SF영화 엘리시움이 개봉해서 보고왔는데 갑자기 라그랑주점이 쓰고싶어져서 간단하게 정보글 써본다 ㅎㅎ

우주정거장이자 유토피아인 엘리시움 간지나노?

라그랑주 점이란, 쉽게 말해서 

두 개의 상대적으로 큰 천체 주변에서 작은 물체가 '상대적으로 정지할 수 있는 점' 을 이야기 해.

우주 공간에서 물체가 두 개의 큰 천체의 중력에 의지해 그 위치를 지킬 수 있는 5개의 위치들이지. 일종의 '랜드마크'로 이해하면 될 거야.

무슨이야기인지 그림을 보자.

간단한 예로 가운데 노란 원이 태양(M1), 파란 원은 지구(M2)라고 생각하면,

두 천체는 질량이 크고, 공통의 중심점을 가지면서, 원형 궤도를 움직이고 있어.

이 때 상대적으로 작은 (무시할만한 질량을 가진) 제 3의 물체가 다른 두 천체에 상대적으로 동일한 위치를 유지하는 지점이 있다는 거야.

물론 고정된 상태가 아니라 이 M3도 M1 주위를 공전하겠지?

그런데 M2와 완전히 똑같은 속도로 운동하게 되니까 관찰자인 M2의 입장에서는 M3이 우주에서 완전히 정지해 있는 상태로 보이게 되는거지.

다시 말하면 라그랑주 점 위에 있는 M3은 두 개의 천체 주변에서 '중력적으로 안정적이다'라고 할 수 있어.

라그랑주 점은 1772년에 '조제프루이 라그랑주'라는 과학자가 발견하였는데,

원래 라그랑주는 세 개의 천체가 중력을 통해 움직이는 계를 다루는 문제(삼체 문제)를 분석하던 중이었고,

일반적인 뉴턴 역학에서는 3개의 물체의 운동을 다루기가 매우 힘들다고 해. 뺑뺑이 치는 라그랑주 상상되노?

  (중력의 대가 盧인슈타인 선생...)

결국 그는 그만의 가정을 창안하게 되는데, 세 물체 가운데 하나가 다른 두 물체보다 매우 가벼울 때,

이 가벼운 물체가 어떤 궤도를 지니는지 계산하였고, 이를 통해 특정한 점에서는 이 가벼운 제3의 물체가 다른 두 물체에 대하여 상대적으로 정지해 있는 궤도를 그린다는 사실을 발견하게됨. 말하자면 해(解)가 5개인 방정식이라고 할 수 있지.

*등고선 그림 (깊이가 깊을수록 중력이 크다고 볼 때, 상대 중력(그림에서는 깊이)이 0이 되는 지점들이 라그랑주 점이 된다.)

태양 (M1:sun), 지구(M2:earth) 달(L : lunar)이라고 가정했을 때,

원래 L1과 L2의 경우, 지구보다 공전궤도 반지름이 작거나 크기 때문에 공전주기도 달라져야 하는데,

(공전궤도 반지름이 작아지면 공전주기도 짧아지며, 반지름이 길어지면 공전주기도 길어짐) 지구와 가까이 있기 때문에, 지구의 중력에도 큰 영향을 받는다.

그래서 L1은 지구가 뒤로 잡아당겨 공전속도가 느려지고, L2는 지구가 앞으로 잡아당겨 공전속도가 빨라지게 돼.

고로 L1과 L2는 지구보다 태양에 가깝거나 먼 궤도를 돌면서도 지구와 같은 주기로 공전하게 되는 것이지.

라그랑주 점의 해를 푸는 방정식은 나도 이해하기 빡세니까 넘어가도록 하고, 

이 라그랑주 점이 갖는 의미에 대해 알아보도록 하자.

라그랑주 점에 있는 물체들은 모두 M2(또는 지구)에 대해 상대적으로 고정된 위치에 존재하기 때문에 우주 개발에 큰 의의가 있어.

1. L1

태양-지구 L1 지점은 태양을 관측하기에 이상적인 장소가 되. 이 지점의 물체는 지구나 달의 그림자 속으로 들어가지 않기 때문이야.

실제로 소호 태양 관측 위성은 L1 지점의 헤일로 궤도에 있으며, 에이스 위성은 역시 L1 지점의 리사주 궤도에 있다.

지구-달 L1 지점은 최소의 델타-v(궤도 이동을 위한 추력)로 달 및 지구 궤도로 쉽게 이동이 가능하기 때문에, 

이는 화물 및 승객을 달로, 그리고 다시 지구로 실어나르는 중간 기착지로 가장 좋은 위치라는 것을 의미한다.

(첨언하자면 L1까지 지구중력을 벗어나기만 하면 그 이후부터는 달의 중력으로 자동으로 달에 도착하게 된다. 아폴로 계획에서도 라그랑주 점은 매우 유용하게 사용되었어)

또 테라포밍 이야기를 잠깐 하자면 태양-금성의 L1지점에 열차폐막을 설치하거나 해서 금성의 온난화를 감속시킨다는 SF적 설정이 있기도 하다 (짤로 대체)

헛소리지만 과학이 섞여있어서 언제나 그럴싸한 SF 꿀잼!

2. L2

태양-지구 L2 지점은 우주망원경의 좋은 위치이다.

L2 지점의 물체는 항상 태양과 지구에 대해 동일한 방위를 유지하기 때문에, 열차폐 및 각도보정이 훨씬 단순해지지.

윌킨슨 극초단파 비등방 탐색선은 이미 태양-지구 L2 지점에 위치해 있다. 앞으로 허셜 우주망원경 및 현재 제안된 제임스 웹 우주 망원경 역시 태양-지구 L2 지점에 위치할 예정이야.

지구-달 L2 지점은 달의 반대편을 담당하는 통신 위성에 좋은 위치이다. 달의 뒷면에서 고정되어 있으니 탐사에 도움이 되겠지? 

3. L3

L3은 지구 정반대편에 있으며, 공전궤도 반지름은 지구보다 조금 더 크다.

이곳에 있는 천체는 지구상에서는 관측이 불가능하기 때문에 SF나 만화작가의 상상을 부추기는 소재가 되기도 했다고 해.

제2의 지구가 여기에 있다면 좀 섬뜩하긴 하겠다... 실제로 탐사선을 보내면서 관측한 결과 그런거 없ㅋ음ㅋ

앞으로 인간문명이 태양계 단위로 활동하게 된다면 이 위치에 대형 우주 정거장을 설치하여 사용할 수가 있다.

4. L4와 L5 (트로이 점, 삼각 라그랑주점)

L4와 L5 지점은 질량이 큰 두 물체를 이은 선을 한 변으로 하는 정삼각형 상의 다른 점에 위치한다. 즉 M2의 앞과 뒤를 앞서거니 뒤서거니 하는 거지. 

비직선상에 있는 이 두 라그랑주점은, 직선상에 있는 L1-3보다 훨씬 중력적으로 안정하다고 하네. 실제로 공전궤도는 완전한 원이 아닌 타원이기 때문이야.

그래서 태양-지구든 지구-달이든 항구적인 우주 정거장 건설에 적절하다.

실제로 태양 - 목성의 트로이 점에는 트로이 소행성대가 존재함.

트로이 소행성대 ㅍㅌㅊ? 실제로 트로이점을 벗어난 천체들이 부딪혀서 행성이 만들어졌다는 썰이 있음. 달의 기원도 그러했다는 주장..

내용이 좀 어렵고 길었던거 같은데 재밌을려나 모르겠다..

마무리는 엘리시움 짤로 할게 ㅋㅋ 개인적으로 맷데이먼을 0렙 일게이에 대입하니까 영화가 엄청재밌더라고 ㅎㅎ

3줄요약

1. 라그랑주 점이란 게 있음

2. 팍 올라갔다가 팍 내려갔다가 그만 정신을 잃어뻐러가지고

3. 우주정거장이나 인공위성의 핫스팟 명당지!

출처 : 엔하위키, 영문/한글 위키백과, 인터넷 등등..