Fünf unsichtbare Punkte im Sonnensystem wirken wie kosmische Parkplätze: Dort hält sich eine Raumsonde fast von allein, weil die Anziehung von Sonne und Erde mit der Fliehkraft genau ins Gleichgewicht kommt. Das James-Webb-Teleskop nutzt einen davon – rund 1,5 Millionen Kilometer von der Erde entfernt. Benannt sind diese Punkte nach einem Mathematiker, der sie 1772 allein mit Papier und Stift berechnet hat.
Stimmt das wirklich?
Ja. In jedem System aus zwei großen Körpern – etwa Sonne und Erde – gibt es genau fünf solcher Gleichgewichtspunkte. Sie heißen L1 bis L5. An ihnen gleichen sich Gravitation und Zentrifugalkraft so aus, dass ein kleines Objekt mit derselben Geschwindigkeit mitlaufen kann, ohne von der Bahn zu fallen.
Beschrieben hat das der italienisch-französische Mathematiker Joseph-Louis Lagrange in einer preisgekrönten Arbeit von 1772. Drei der Punkte hatte Leonhard Euler schon kurz zuvor gefunden – gerechnet wurde das alles lange vor der ersten Rakete, rein auf dem Papier. Heute parken dort reale Sonden: Das Sonnenobservatorium SOHO sitzt am sonnenzugewandten Punkt L1, das James-Webb-Teleskop am erdabgewandten L2.
Warum bleibt dort etwas einfach liegen?
Normalerweise gilt: Je näher ein Objekt der Sonne kreist, desto schneller muss es sein. Ein Satellit zwischen Sonne und Erde müsste die Sonne also eigentlich schneller umrunden als die Erde – und würde uns davonziehen. An den Lagrange-Punkten addiert sich aber die Anziehung der Erde zur Sonnenschwerkraft so, dass das Objekt genau im Takt der Erde bleibt: ein Jahr pro Umlauf, dauerhaft auf gleicher Höhe.
Stabil sind dabei nicht alle fünf gleich gut. L1, L2 und L3 liegen auf der Verbindungslinie Sonne–Erde und sind labil – wie ein Bleistift, der auf der Spitze balanciert. Schon eine kleine Störung kippt das Objekt weg, es braucht regelmäßige Korrekturmanöver. L4 und L5 dagegen liegen je 60 Grad vor und hinter der Erde auf ihrer Bahn und sind echt stabil: Dort wirkt die Corioliskraft wie eine unsichtbare Mulde, in die etwas hineinrollt und liegen bleibt. Das funktioniert allerdings nur, wenn der größere Körper mindestens rund 25-mal schwerer ist als der kleinere – bei Sonne und Erde ist das locker erfüllt.
Noch verrückter: Asteroiden parken dort von selbst
Weil L4 und L5 so stabil sind, sammelt die Natur dort von ganz allein Geröll ein. Beim Riesenplaneten Jupiter haben sich an diesen beiden Punkten über die Jahrmilliarden mehrere tausend Asteroiden angesammelt – man nennt sie Trojaner. Sie begleiten Jupiter wie zwei feste Pulks, einer voraus, einer hinterher.
Sogar unsere Erde hat solche Mitläufer. Erst 2011 bestätigten Astronomen mit dem Asteroiden 2010 TK7 den ersten bekannten Erd-Trojaner, 2022 kam mit 2020 XL5 ein zweiter dazu. Beide ziehen am voranlaufenden Punkt L4 ihre Kreise – stille Begleiter, die seit langer Zeit unbemerkt mit uns um die Sonne reisen.
Warum Webb dort „parkt“ – und trotzdem tanken muss
Das James-Webb-Teleskop sitzt nicht exakt auf dem instabilen Punkt L2, sondern zieht eine weite Schleife darum: einen sogenannten Halo-Orbit, für den es etwa 168 Tage pro Runde braucht. Der Vorteil dieser Position: Sonne, Erde und Mond stehen aus Webbs Sicht alle in derselben Richtung. Ein einziger Sonnenschild hält die hochempfindlichen Infrarot-Spiegel dauerhaft im Schatten und kühlt sie auf unter minus 220 Grad.
Ganz ohne Treibstoff geht es aber nicht. Weil L2 labil ist, muss Webb seine Bahn etwa alle drei Wochen mit winzigen Schubstößen nachjustieren – insgesamt nur rund 2,5 Meter pro Sekunde Geschwindigkeitsänderung im Jahr. Geplant war Treibstoff für zehn Jahre. Weil der Ariane-5-Start so präzise war, blieb genug Reserve, dass das Teleskop seine Position voraussichtlich rund 20 Jahre halten kann.
Quellen
- NASA Science – What are Lagrange Points?
- Wikipedia – Lagrange-Punkte
- ESA – Webb has arrived at L2
- Spektrum der Wissenschaft – Trojaner in den Lagrange-Punkten der Erde
Häufige Fragen
Wie viele Lagrange-Punkte gibt es?
In jedem System aus zwei großen Körpern wie Sonne und Erde gibt es genau fünf Lagrange-Punkte, bezeichnet als L1 bis L5.
Welche Lagrange-Punkte sind stabil?
Nur L4 und L5 sind stabil. Sie liegen je 60 Grad vor und hinter dem kleineren Körper. L1, L2 und L3 auf der Verbindungslinie sind labil und brauchen ständige Bahnkorrekturen.
Wo liegt das James-Webb-Teleskop?
Webb umkreist den Punkt L2 etwa 1,5 Millionen Kilometer von der Erde entfernt, auf der sonnenabgewandten Seite, in einem weiten Halo-Orbit von rund 168 Tagen pro Umlauf.
Wer hat die Lagrange-Punkte entdeckt?
Joseph-Louis Lagrange beschrieb sie 1772 in einer preisgekrönten Arbeit. Drei der Punkte hatte Leonhard Euler kurz zuvor berechnet – alles rein theoretisch, lange vor der Raumfahrt.
Was sind Trojaner-Asteroiden?
Das sind Asteroiden, die sich an den stabilen Punkten L4 und L5 eines Planeten ansammeln. Jupiter hat mehrere tausend, die Erde bisher zwei bekannte.