拉扯出的奇异之点——拉氏点（1）
想知道《流浪地球》里的震撼效果是因为什么吗？来看看超哥的引力系列吧！
看完上一篇《拉拉扯扯搞出的大事》的朋友又有话要说了，宇宙中到处都是拉拉扯扯，为何夜空如此寂静，我们好想天天晚上看“彗星撞木星”这种大事呢。
其实答案也很简单：拉扯完了，大体上平衡了。
先看我们身边最简单的体系，地球和月球，如同宇宙角落里的一对舞伴，跳起了华丽的圆舞曲，地球力气大，月球个头小，所以看起来几乎是月球绕地球旋转。前面提过，在地球上的我们也会受到月球的引力作用，因此有潮汐，同样，在月球上的嫦娥也会受到地球的引力。在我们身边，看似风平浪静，实际却纠缠于地球和月球的引力漩涡之中。原来，我们之所以蜗居地面，无法自由飞翔，乃是因为地球表面的强大风暴战胜了月球；同理，广寒宫里月球的引力占据优势，将嫦娥仙子的衣裳牢牢拽住，让她深居于广寒宫而难以回到地球。
那么，在地球和月球中间，有没有一个地月引力的“暴风眼”？在那里地月引力相互抵消，风平浪静。
▲地月系，看似风平浪静，却处处存在引力漩涡。
18世纪的大数学家欧拉就思考过这个问题。
你可能以为，有了万有引力公式，这是一道再简单不过的数学题吧？你可以试试，难度相当大。而且，你第一次做这种题可能只会找到一个解，人家欧拉却找到了三个“暴风眼”，这就是凡人和数学大神的差距了，我们后面再详述。
话说欧拉早年去俄国皇家科学院任职，然而俄国持续不断的内乱让他难以安心工作，1741年他来到了普鲁士的柏林科学院，在这里他收到了一封来自意大利都灵的信，原来这是一个19岁小伙子尝试用变分法求解等时问题，欧拉思考了将近一个月，在回信中表示这个工作非常有价值，这个叫拉格朗日的小伙子一下子在欧洲名声大噪。
▲法国数学家拉普拉斯：读读欧拉，他是所有人的老师。
欧拉果然慧眼识珠，接下来的十几年里，拉格朗日不断拿奖，他成功解释了为什么月球总是一面朝向地球。法国大数学家达朗贝尔甚至写信给普鲁士的腓特烈大帝：“柏林科学院就需要拉格朗日这样的人！” 拉格朗日竟然拒绝了，表示不愿与欧拉争职位。他哪里知道，这时候欧拉早已在腓特烈大帝那里失宠，欧拉笃信上帝，在普鲁士享有盛望的伏尔泰却鼓吹天赋人权，更重要的是欧拉的研究几乎完全是纯理论的，腓特烈大帝曾讥讽他的几何“连一个水桶都打不起来”！
好在这时俄国叶卡捷琳娜大帝登基，政治局势好转，女皇也向欧拉发出了邀请，于是1766年，欧拉回到俄国。拉格朗日也再无理由拒绝普鲁士的邀请，继承了欧拉的职位。在这里他完成了自己的《分析力学》，这是牛顿之后最重要的经典力学著作之一。
▲拉格朗日堪称分析力学之祖。
拉格朗日还重新查看了欧拉求解的“暴风眼”问题，他分析力学的水平果然更加了得，很快就发现恩师欧拉还遗漏了两个点，3+2=5，于是这5个点一起被称为“拉格朗日点”，简称拉氏点（L点）。下面我们一一详述之。
▲五个拉格朗日点全貌。
大多数人一眼就能看出来的地月中间的那个点叫做L1点，在这里地球和月球的引力拉扯相互平衡，然而千万不要以为物体在这里绝对静止，因为地月都在运动啊，其实物体在L1点是绕地球运动的。
你可以这么理解，对于围绕地球旋转的卫星，距离地球越近，它的轨道周期就越短。然而，有了月球之后，月球引力会减弱地球对卫星的拉扯力，因此增加了卫星的轨道周期，卫星距月球越近，这种影响就越大。当卫星到达L1点时，卫星周期恰好和月球轨道周期一样。这里是风平浪静的暴风眼，卫星无需任何动力就可以跟随着地月系在宇宙中继续遨游，妈妈再也不用担心它会被拉扯到地球或月球上，或者被抛射到漫无边际的深空中。
因此，地月之间和地球、月球相对静止的L1点非常重要，在不久的将来，随着地月航线的开辟，这里是理想的地月星际间旅行的中间站。
▲来往地球和月球，必经站点：地月L1点。未来的差旅是这样的：“从月球回地球的旅客朋友们请注意，地月L1站就要到了，请拿好您的行李物品，提前准备好下机，下一站：海南文昌发射中心。”
在任意两大天体构成的系统里，都会有拉格朗日点，地月之间有，日地之间当然也有。如果说地月L1点是地月系的制高点，那么地日L1点就可以控盘“内太阳系”。
地日L1点距离地球约150万公里，已经越过了月球轨道（38.4万公里），因此不会受到月球阻挡，任何时候都可以观测太阳和地球的向阳面，是最理想的日地系统观测点。已经有数个人造探测器到达L1点工作过，下面介绍几个比较有名的。
第一个到达这个战略制高点的是美国NASA和欧洲航天研究组织联合发射的国际日地探测器3号卫星（ISSE-C），它于1978年发射升空，主要研究太阳风与地球磁场之间的关系。1985年以后，它被“借调”去研究太阳系内的彗星，成为第一个拜访彗星的人工探测器。直到2014年，这颗史诗般的卫星才失去联系，消失在深空中。
▲ISSE有三颗卫星，第三颗卫星ISSE-C是第一颗去往日地L1点的人造卫星。
第二个则是欧洲的太阳和太阳风层探测器（SOHO），主要用于研究太阳，附带发现了3000枚彗星。它于1995年发射升空，设计寿命为2年，却一直工作至今，预计它还将继续工作到2020年-2022年。
▲SOHO观察到的16枚太阳系内圈彗星轨道。
美国的深空气候天文台（DSCOVR）也位于地日L1点，它于2015年发射升空，100多天后到达L1点。它的主要任务有两方面，一是观测地球，研究全球的日常变化，由于它正对着整个地球的向阳面，可以每时每刻拍摄地球的全景图，从2015年9月开始，这些全景照片24小时之后就可以在NASA网站上查阅；另一方面则是监测太阳，太阳风总是先刮到L1点，60分钟后才来到地球，因此在太阳风暴到来之前，DSCOVR可以为地球提供15-60分钟的预警时间。
▲DSCOVR拍摄的第一张地球向阳面的全景图。
更值得期待的是欧洲太空总署于2015年12月3日发射升空的LISA开路者号卫星，这名字有意思，它是为谁开路呢？
大家都还记得2016年LIGO发现引力波，时隔100年后证明爱因斯坦广义相对论预言的重大事件吧？
然而，地球上有各种各样的干扰，对引力波天线的“噪声”太大。也因此LIGO只能“听见”黑洞的引力，稍弱点的引力波都被地表的噪声淹没了。最理想的地方当然是最大限度的减少引力干扰的地方啦，地球周边引力最强大的当属地球和太阳，L1点处，这两者引力抵消，对引力波天线来说再完美不过了。预计2034年，新一代太空引力波天线——激光干涉空间天线（LISA）就将深入太空，而LISA开路者号卫星于2016年初率先抵达L1点，进行了多项实验，就是为了测试LISA探测引力波所需的技术。
可以预想，有了太空中的LISA，人类将更加“耳聪目明”，我们一定会观察到一个更加丰富多彩的宇宙！
▲艺术家想象图：LISA由三个相同的航天器构成为一个边长为五百万千米的等边三角形。
▲未来LISA将按照这样的轨道运行。
好了，第一个拉格朗日点就如此五花八门，下一篇让我们看看其他拉格朗日点的奇妙之处。
上期回顾：《拉拉扯扯搞出的大事情》