什么是拉格朗日点？它有何科学意义？

北京时间3月15日13时29分，我国嫦娥五号轨道器成功被日地L1点捕获，成为我国首颗进入日地L1点探测轨道的航天器。目前，轨道器对地距离93.67万公里，运行一圈的时间是6个月。那么，什么是日地L1点？对航天器来说，日地L1点究竟有何意义？

拉格朗日点

日地L1点，其正式的科学名称是“拉格朗日1点”（Lagrange Points L1）。18世纪后半期，瑞士数学家欧拉发现，在一个行星系统中，存在3个点，位于这3个点上的小天体相对于其他两个大型天体而言，其位置基本保持稳定，随后，意大利天文学家和数学家约瑟夫·拉格朗日在研究中发现，除了以上3个点之外，事实上还存在另外两个点，位于这两个点上的天体相对于两个大型天体，它们的位置也保持基本一致。这5个点就被称为“拉格朗日点”，它们分别是L1、L2、L3、L4和L5 。我国嫦娥五号轨道器成功进入的就是拉格朗日L1点。

各个恒星系统中都存在拉格朗日点，以日地系统为例，五个拉格朗日点有3个位于太阳和地球的连线上，其中，L1点位于太阳和地球中间，L2点位于地球的后方位置，而L3点则位于太阳一侧，从地球上无法直接看到，而L4和L5点则分别位于地球两侧，与太阳、地球形成了一个等边三角形。

在五个拉格朗日点中，前3个位置不太稳定，就像一个位于山巅的球体一样，稍有风吹草动，就可能从山上滚下去。因此，位于这3个位置的航天器需要不断进行轨道修正，而L4和L5则与此不同，位于这两个点的天体几乎可以高枕无忧，就航天器而言，它们只需要很少的燃料就可以保持轨道稳定。形象地来说，位于L4和L5的天体，就像是一个大碗中的滚珠，它们会围绕碗底旋转而不会跑出来。

拉格朗日点的科学意义

拉格朗日点的发现，是天体物理学的一个重大理论成果，已经成为现代天文学的一个基础理论，无论是在天体物理学研究，还是航空航天领域内，都具有极其重大的科学意义。

从天体物理学的角度看，拉格朗日点被发现后，天文学家认为在一个恒星系统中的5个拉格朗日点上，应该存在大量的天体。按照这个思路，天文学家已经在太阳系的多个行星系统中发现了大量此前未被发现或者观测到的小行星。比如，在木星的L4和L5两个拉格朗日点上，就发现了大量的特洛伊小行星，数量超过2000个。

从航空航天的角度看，拉格朗日点发现，极大地推动了现代航天科学的进步。由于位于拉格朗日点的航天器只需要很少的燃料就可以维持轨道稳定，因此，这5个拉格朗日点成为航天器的首选目的地，并且，5个拉格朗日点的不同位置，对于不同的航天器来说，也具有不同的优势。

比如在L1点上，航天器可以获得不间断的太阳观测视野，是太阳观测卫星的理想轨道位置；L2点距离地球更近，可以为航天器提供最佳的通信支持，并且该点的特殊性，使得这里成为天文观测的最佳轨道。美国宇航局和欧空局的下一代太空望远镜詹姆斯韦伯太空望远镜，就会被部署到L2点上。目前，在L1和L2点上曾经工作过和正在工作的航天器超过14个，主要来自于欧美科研机构，嫦娥五号轨道器是我国第一个进入该点的航天器。

拉格朗日点中最著名的是L5点。1974年9月，美国物理学家杰瑞德·K·欧尼尔在《今日物理》杂志发表一篇论文《空间的殖民化》，讨论了在该点建立一个人类太空殖民地的设想。尽管该设想至今未能实现，但是随着现代航空航天科学的发展，L5或可能成为人类未来星际殖民的试验场。从长远看，L5点的殖民化设想，要比马斯克追求的火星殖民具有更加重大的意义。