【原】5個拉格朗日點(diǎn)，韋伯望遠(yuǎn)鏡只能圍繞L2點(diǎn)運(yùn)動，為什么？

比最初的預(yù)定計(jì)劃整整推遲了15年，但最終詹姆斯韋伯太空望遠(yuǎn)鏡還是于2021年12月25日順利升空了。

之后，它便會按照計(jì)劃前往距離地球150萬公里的第二拉格朗日點(diǎn)，并圍繞該點(diǎn)以半徑80萬公里的日暈軌道運(yùn)行。什么是拉格朗日點(diǎn)呢？它是由數(shù)學(xué)家拉格朗日計(jì)算得出的一個引力平衡點(diǎn)。當(dāng)一個物體同時受到兩個天體的引力作用時，就會在這兩個天體周圍產(chǎn)生5個引力平衡點(diǎn)，如果將物體放在這5個拉格朗日點(diǎn)上，那么物體就可以與這兩個天體保持固定的相對位置。任意兩個天體之間都存在這樣的引力平衡點(diǎn)，地日之間有，地月之間也有，此前中國發(fā)射的鵲橋衛(wèi)星就位于地球與月球的第二拉格朗日點(diǎn)上。

既然地球與太陽之間存在著5個拉格朗日點(diǎn)，那么為什么韋伯望遠(yuǎn)鏡一定要放置在第二拉格朗日點(diǎn)上呢？這個問題還得從韋伯望遠(yuǎn)鏡本身說起。

在韋伯太空望遠(yuǎn)鏡發(fā)射升空之前，人們最為熟悉的太空望遠(yuǎn)鏡就是哈勃太空望遠(yuǎn)鏡了，然而哈勃望遠(yuǎn)鏡與韋伯望遠(yuǎn)鏡并不是一回事，哈勃望遠(yuǎn)鏡是一臺光學(xué)望遠(yuǎn)鏡，而韋伯望遠(yuǎn)鏡則是一臺紅外線望遠(yuǎn)鏡。因?yàn)轫f伯望遠(yuǎn)鏡是用來觀測宇宙深空的，它的任務(wù)是捕捉宇宙誕生之初的星系所發(fā)出的光亮。要知道，宇宙自誕生之日起便始終處于膨脹之中，那些誕生于宇宙形成之初的星系可都距離我們十分遙遠(yuǎn)，憑什么韋伯望遠(yuǎn)鏡就能看到它們呢？

光在傳播的過程中波長會發(fā)生變化，這種波長的變化就被我們稱之為紅移或者藍(lán)移，紅移是指波長變長，藍(lán)移是指波長變短。

那么波長為什么會發(fā)生變化呢？是因?yàn)榫嚯x發(fā)生了變化。形象一點(diǎn)來講，假設(shè)我們現(xiàn)在有一根彈簧拽著兩個小球，當(dāng)兩個小球的距離變遠(yuǎn)時，彈簧就會被拉長，如果把彈簧想象成波長，那么就是波長變長了。反之，如果兩個小球的距離縮短，彈簧就會被壓縮，也就是波長變短了。在宇宙中，大多數(shù)的天體都在遠(yuǎn)離我們，所以當(dāng)它們發(fā)出的光跨越遙遠(yuǎn)的星際空間到達(dá)地球時，波長就會變長，也就是發(fā)生紅移現(xiàn)象。

在我們的身邊，只有仙女座星系有著明顯朝向銀河系運(yùn)動的趨勢，所以它所發(fā)出的光波長會變短，因此它是宇宙中極為罕見的會呈現(xiàn)出藍(lán)移現(xiàn)象的星系。

另一方面，宇宙空間本身就處于不斷膨脹之中，而空間的膨脹也會導(dǎo)致光傳播距離的增加，所以也會導(dǎo)致紅移現(xiàn)象的發(fā)生。除了距離的增加和空間的膨脹之外，還有第三個導(dǎo)致紅移現(xiàn)象發(fā)生的因素就是引力。任何有質(zhì)量的物體都具有引力，而擁有數(shù)千億顆恒星的星系更是擁有強(qiáng)大的引力，而引力是一種幾何效應(yīng)，它的本質(zhì)就是時空的彎曲，而彎曲后的時空就意味著光線所要經(jīng)過的距離增加，所以波長也會相應(yīng)邊長，產(chǎn)生紅移現(xiàn)象。

星系的光傳播到地球會產(chǎn)生紅移現(xiàn)象，而且越是遙遠(yuǎn)的星系，這種紅移現(xiàn)象可能就越明顯，所以這些星系所發(fā)出的紫外線在到達(dá)地球后就因?yàn)榧t移現(xiàn)象而變?yōu)榱思t外線，所以我們就需要一臺紅外線望遠(yuǎn)鏡來進(jìn)行觀測，而詹姆斯韋伯太空望遠(yuǎn)鏡就是這樣一臺紅外線望遠(yuǎn)鏡。

然而紅外線望遠(yuǎn)鏡雖然是觀測宇宙深空的利器，但卻有著十分明顯的問題，那就是極易受到干擾。紅外線是什么？紅外線的本質(zhì)就是溫度，而溫度的本質(zhì)就是運(yùn)動，而宇宙中沒有絕對的靜止，也就不存在絕對零度，也就是說所有的物體都會發(fā)出紅外線，而地球和太陽所發(fā)出的紅外線就會給韋伯太空望遠(yuǎn)鏡造成極大的干擾。

為了盡可能減小感染，就必須將韋伯望遠(yuǎn)鏡放置到第二拉格朗日點(diǎn)上，因?yàn)槠溆?個拉格朗日點(diǎn)都同時面朝太陽和地球，只有在L2點(diǎn)上，太陽的光線被地球所遮擋，可以最大限度地降低紅外線干擾。

既然如此，為什么不干脆將韋伯望遠(yuǎn)鏡固定在L2點(diǎn)上，還要讓它圍繞L2點(diǎn)進(jìn)行日暈軌道運(yùn)動呢？因?yàn)檫@樣可以使通信拋物面天線與太陽光成28度夾角，既能夠避免太陽光影響通信，又能夠讓部分光線照向韋伯望遠(yuǎn)鏡，以便為韋伯望遠(yuǎn)鏡的太陽能電池板提供能量，L2點(diǎn)本身并不十分穩(wěn)定，所以還需要少部分的自身動力維持軌道的穩(wěn)定。