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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。

拉格朗日点 宇宙停车场

张朝阳先简单介绍了韦伯望远镜，然后转入正题，正式讲解日地系统的拉格朗日点。

做椭圆轨道的行星系统拉格朗日点的定义比较微妙，为了简单起见，这里假设地球公转轨道为圆轨道。日地系统的拉格朗日点一共有五个，当物体处于这五个点之一时，地球与太阳对物体的引力合力刚好可以让这个物体绕着日地系统的质心公转，并且公转周期与地球公转周期一样。

其中L1，L2，L3这三个拉格朗日点处在连接太阳与地球的直线上。详细地说，L1处在日地之间，L2处在太阳到地球的延长线上，L3处在地球到太阳的延长线上。L4与L5不在日地直线上，但是近似处于地球的公转轨道上，而且L4(以及L5)到太阳的连线正好与日地连线相夹60度。

张朝阳介绍拉格朗日点

详细的分析表明，L1，L2，L3这三个点不是稳定平衡点，即使物体精确地处在这三个点之一上，只要有一点点扰动，这个物体就会逐渐偏离平衡点，并且偏离会越来越大。张朝阳对L2的不稳定性作了一些说明。当物体处于L2位置时，太阳、地球对物体的引力刚好等于物体(与地球同步的)绕日公转时的向心力。如果物体稍微偏向太阳与地球，由于引力与距离平方成反比，物体所受引力会增大，而角速度固定的转动所需向心力与距离成正比，于是所需向心力减少，因此，引力大于所需向心力，物体必然会越来越偏离L2点；对于反方向的偏离，也可以进行类似的分析。

所以，可以知道L2点是一个不稳定点。另一方面，在日地系统上，L4与L5是稳定的平衡点，处在这两处的物体即使受到了微扰，也不会过大地偏离平衡位置。

韦伯望远镜被安置在了L2点，但是L2不是一个稳定平衡点，这样没有问题吗？实际上，韦伯望远镜并没有静止在L2点上，而是近似地绕着L2点在作圆周运动，轨道平面垂直于日地连线。这么做的原因主要有两个，第一是这样能大大降低轨道的不稳定性，从而降低韦伯望远镜的轨道调整频次。第二个原因是，L2点处在地球背面，无法有效接收太阳能，而目前韦伯望远镜绕L2点的轨道半径足够大，能够逃脱地球的遮挡，从而保证太阳能的接收。

为什么不把韦伯望远镜放在L4或者L5点呢？这里边也涉及到两方面原因，第一个原因是L4点距离地球太远，不便于发射与通讯；第二个原因是，L4与L5是稳定平衡点，那么那里很可能存在一些小的陨石、星尘之类的东西，它们会对空间望远镜造成危害。正因为L4与L5点的稳定性，它们又被称为“宇宙停车场”。张朝阳还介绍到，由于木星质量很大，它的L4与L5点上确实汇聚了很多小的天体。