🛰️ Lagrange-Punkte — Stabilität & Halo-Umlaufbahnen

L1 liegt zwischen den beiden Körpern (Sonne-Erde-L1 ist ~1,5 Millionen km von der Erde entfernt), L2 liegt hinter dem kleineren Körper auf der von den größeren Körper abgewandten Seite (Sonne-Erde-L2 liegt ~1,5 Millionen km jenseits der Erde), L3 liegt hinter dem größeren Körper auf der gegenüberliegenden Seite. L4 und L5 liegen 60° vor und hinter dem kleineren Körper auf seiner Umlaufbahn und bilden mit beiden Körpern gleichseitige Dreiecke.

Der Sonne-Erde-L2-Punkt hält Sonne, Erde und Mond alle in derselben Richtung hinter der Raumsonde, sodass ein einziger Sonnenschild die Instrumente vor Sonnen- und Erdstrahlung sowie thermischer Emission schützen kann. Raumsonden bei L2 können eine thermisch stabile, sehr kalte Umgebung aufrechterhalten und den Himmel kontinuierlich beobachten — ideal für Infrarot- und Mikrowellenhintergrund-Observatorien.

Eine Raumsonde an einem instabilen Lagrange-Punkt (L1, L2, L3), die leicht verschoben wird, erfährt eine Nettokraft, die sie weiter wegdrängt, was aktive Lagekorrekturen erfordert. Bei L4 und L5 (wenn das Massenverhältnis ~25:1 übersteigt) wirkt die Corioliskraft im rotierenden Bezugssystem als Rückstellkraft und lässt verschobene Objekte in einer stabilen Konfiguration, einer sogenannten Kaulquappenbahn, um den Lagrange-Punkt kreisen.

Trojaner-Asteroiden sind kleine Körper, die die Sonne an den L4- oder L5-Lagrange-Punkten eines Planeten umkreisen und sich dessen Umlaufbahn teilen, während sie stabil 60° davor (L4, die Griechen) oder dahinter (L5, die Trojaner) bleiben. Jupiter hat über 10.000 bekannte Trojaner. Auch Mars, Neptun, Uranus und die Erde (ein bestätigter) haben Trojaner-Asteroiden. Die NASA-Mission Lucy besucht derzeit Jupiters Trojaner.

Lagrange-Punkte sind durch invariante Mannigfaltigkeiten — gravitative Superautobahnen — verbunden, die es Raumsonden ermöglichen, mit sehr wenig Treibstoff zwischen ihnen zu reisen. Das Interplanetary Transport Network (ITN) nutzt diese Mannigfaltigkeiten, um Flugbahnen durch das Sonnensystem zu planen, indem es zwischen Lagrange-Punkten verschiedener Planet-Sonne-Systeme „surft“. Die Missionen Genesis und ISEE-3 nutzten L1-Halo-Umlaufbahnen; das JWST nutzt eine Halo-Umlaufbahn um Sonne-Erde-L2.