近期,韦伯望远镜(JWST, James Webb Space Telascope)经过调试,成功得到遥远星系的高清照片。韦伯望远镜没有采用之前哈勃望远镜那样的绕地轨道,而是选择在了日地系统的L2拉格朗日点。拉格朗日点是什么点?相关位置该怎么求?为什么把空间望远镜放在那里?7月22日、7月24日中午12时,《张朝阳的物理课》第七十三期、第七十四期开播,搜狐创始人、董事局主席兼CEO张朝阳坐镇搜狐视频直播间,介绍了拉格朗日点的概念以及这些点的稳定性问题,并借助牛顿第二定律与牛顿万有引力定律推导了L2拉格朗日点与L4拉格朗日点的位置。
首先,张朝阳介绍了日地系统上的拉格朗日点所满足的物理条件,并说明了L1、L2、L3是不稳定的,L4与L5在日地系统上是稳定的,还着重分析了L2点不稳定的原因。接着,张朝阳介绍了韦伯望远镜在L2点附近的运动,并且说明了如果把韦伯望远镜放在L4与L5这些稳定点上会带来的几个问题:距离太远、通讯延迟以及容易被处于这两个稳定点的小天体影响。
随后,张朝阳使用牛顿第二定律与万有引力定律,分析了地球的公转,并说明地球其实不是绕着太阳中心转动的,而是绕着日地质心公转的。随后通过受力分析,成功计算得到L2点的位置大约距离地球150万公里。
最后,张朝阳计算了L4点的位置。他强调说,计算L4点位置时必须严格区分日地质心与太阳中心,而且在计算过程中不要过早地取近似,否则会得不到正确的结果。基于这两点,张朝阳通过将力的平衡方程分解为切向部分与径向部分,并使用切向部分“猜出”了L4点的位置,然后验证了这个位置确实满足径向的平衡方程,从而得到了真实的L4点位置。根据张朝阳的结果,L4点、日地质心、地球这三者近似构成一个正三角形。
截至目前,《张朝阳的物理课》已直播七十余期,内容丰富、覆盖广泛,理论公式由浅入深、繁简交融。从去年11月开启第一节物理直播课,他先是从经典物理学开始,科普了牛顿运动定律等;而后从经典物理的“两朵乌云”说起,向近现代物理过渡,探讨了黑体辐射理论中的维恩公式、普朗克公式等知识。此后逐步进入量子力学领域,从基础的薛定谔方程等理论内容,到氢原子波函数,再到气体定容比热的温度阶梯,并顺势讲解了热力学定律。接着回到了经典物理,推导出飞船运行轨迹,估算太阳的结构与性质以及中子星的自转速度,随后讲解了陀螺的进动,还计算出月球的潮汐高度。而现在开始讲解一些数学工具,准备进军广义相对论。
《张朝阳的物理课》的直播风格独树一帜:注重推导,通过一步一步详尽的数学计算,推导出相关的物理公式,把每个公式从头到尾拆解得十分清晰。
据了解,《张朝阳的物理课》于每周周五、周日中午12时在搜狐视频直播,网友可以在搜狐视频“关注流”中搜索“张朝阳”,观看直播及往期完整视频回放;关注“张朝阳的物理课”账号,查看课程中的“知识点”短视频;此外,还可以在搜狐新闻APP的“搜狐科技”账号上,阅览每期物理课程的详细文章。
除了《张朝阳的物理课》外,在直播方面,搜狐视频正持续打造知识直播平台,邀请各个科学领域的头部播主入驻,进行科普知识直播。包括中国运载火箭技术研究院专家钱航,直播讲述航空航天事业发展史;北京交通大学理学院教师陈征博士线上开课——“奇趣的科学实验”;中国科学院基因组学博士、元码基因创始人田埂讲解基因组学与生活的紧密联系;天体物理博士刘博洋科普“日全食是怎么产生的”等。未来还将有更多知识播主入驻搜狐视频,一起互动玩转科学。
文/ 金仁甫
编辑/范辉