라그랑주 점(Lagrange point)과 제임스 웹 우주 망원경(JWST) 발사 2021,12,25 0720 EST

[長樂山人 이종인]

라그랑주 점(Lagrange point)과 제임스 웹 우주 망원경(JWST) 발사 2021,12, 25 0720 EST

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장락산인(長樂山人 010-9420-9632) 다송원 천연발효식초, 토종꿀

자료정리, 장락산인(010-9420-9632), 茶松園 기적의 물, 명품 식초(食醋)

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라그랑주 점(Lagrange point) 1

라그랑주 점(Lagrange point) 2

라그랑주 점(Lagrange point) 2-2

라그랑주 점(Lagrange point) 3

라그랑주 점(Lagrange point) 4

라그랑주 점(Lagrange point) 5

사진 라그랑주 점(Lagrange point) 1-5

※L1, L2, L3 라그랑지 점은 평형 점에 있던 물체들의 위치가 약간만 벗어나게 되면 원래 있던 평형 점으로

되돌아오지 못하는 불완전 평형점이고,

※L4, L5 라그랑지 점은 있던 물체들의 위치가 약간은 벗어난다고 해도 원래 있던 평형 점으로 되돌아오는

완전 평형점이다. 따라서 물체들은 자연스럽게 L4, L5 라그랑지 점으로 모이게 된다

(참조 사진, 라그랑주 점(Lagrange point) 2).

※JWST는 허블 우주 망원경처럼 지구 주위를 도는 것이 아니라 지구에서 150만 km 떨어진 태양-지구의

L2 라그랑주 점에 위치하게 되는데, 그렇게 되면 망원경의 관측 시야에서 태양과 지구가 동일한 상대적 위치에

놓이게 되어 차광판이 제대로 역할을 수행할 수 있게 된다. 하지만 허블 우주 망원경이 지표로부터 610km라는

비교적 낮은 궤도상에 위치하고 있어 광학 기기에 이상이 있을 때 수리나 부품 교체가 가능했던 데 반해,

JWST는 먼 거리 때문에 그럴 수 없다는 단점이 있다. 따라서 제임스 웹 망원경에 문제가 생겨버리면

문제가 생긴 상태로 관측을 해야 한다.

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NASA moves ahead with December launch for Hubble successor

William Harwood Fri, November 26, 2021

1)NASA는 월요일 발사가 최소 4일 지연될 것이며 사건을 평가하고 관측소의 메커니즘이나

하위 시스템이 손상되었거나 정확한 위치에서 흔들렸는지 확인하기 위해 "이상 검토 위원회"가

소집되었다고 발표했습니다. 원활한 작동을 위해 필요한 정렬.

2)NASA는 수요일 블로그 게시물을 통해 "엔지니어링 팀이 NASA의 제임스 웹 우주 망원경이

비행 준비가 되었음을 확인하는 추가 테스트를 완료했다"고 블로그 게시물에서 검토 결과를

발표했습니다 .

3)NASA는 "준비가 웹의 목표 발사 날짜인 12월 25일 수요일 오전 7시 20분(동부 표준시)을

향해 재개되고 있다"고 말했다.

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1)NASA announced Monday the launch would be delayed at least four days and that

an "anomaly review board" had been convened to assess the incident and to determine

if any of the observatory's mechanisms or sub-systems might have been damaged or

shaken out of the precise alignment needed for smooth operations.

2)On Wednesday, NASA announced the results of the review in a blog post, saying

"engineering teams have completed additional testing confirm‎ing NASA's James Webb

Space Telescope is ready for flight."

3)"Preparations are resuming toward Webb's target launch date of Wednesday,

Dec. 22, at 7:20 a.m. EST," NASA said.

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라그랑주 점(Lagrange point)과 제임스 웹 우주 망원경(JWST) 발사 2021,12,25 0720 EST

※Webb의 발사 날짜는 2021년 12월 25일 07:20 EST(수정)

※Webb의 발사 날짜는 2021년 12월 18일 07:20 EST

(Webb's launch date is set for December 18, 2021 07:20 EST)

제임스 웹 우주 망원경(JWST; James Webb Space Telescope) 모습을 드러내다

JWST는 1999년부터 추진되어 온 거대 프로젝트다. 미항공우주국(NASA)과 유럽우주국(ESA), 캐나다우주국(CSA)이

공동 참여했고, 현재까지 개발 비용만 100억 달러 이상 소요됐다. ※미항공우주국, NASA(National Aeronautics and

Space Administration)

제임스 웹 우주 망원경은 노후화 된 허블 우주 망원경의 뒤를 이을, 개발 중에 있는 가시광선 및 적외선 관측 우주

망원경이다. 이 망원경의 주목적은 지상에 설치된 망원경이나 허블 우주 망원경이 관측하지 못했던, 우주의 아주

먼 곳에 있는 천체들을 관측하는 것이다. 위키백과

발사일: 2021년 12월 18일 07:20 EST

발사위치: 기아나 우주 센터

발사중량: 6,500 kg

임무기간: 5년 ~ 10년

임무유형: 우주망원경

궤도유형: 헤일로 궤도

제조업체: 노스럽 그러먼, 볼 에어로스페이스&테크놀로지 코퍼레이션

※6개월간 150만 km 비행, 라그랑주(Lagrangian point) L2 지점 도착

JWST 배치 라그랑주 L2 지점, 지구에서 약 150만 km 떨어진 곳 1

사진 JWST 배치 라그랑주 L2 지점, 지구에서 약 150만 km 떨어진 곳 1

※JWST가 배치될 라그랑주 L2 지점. 지구에서 약 150만 km 떨어진 곳이다

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라그랑주 점(-點, Lagrangian point) 또는 칭동점(秤動點)은 우주 공간에서 작은 천체가 두 개의 큰 천체의 중력에

의해 그 위치를 지킬 수 있는 5개의 위치들이다. 예를 들어, 인공위성이 지구와 달에 대해 정지해 있을 수 있는 점들

이다. 이는 우주에서 '고정된' 위치를 가지게 한다는 면에서 지구동주기궤도와 유사하다.

수학적으로, 라그랑주 점은 원형으로 제한된 삼체문제(three-body problem)의 정지해(stationary solution)이다.

예를 들어, 질량이 큰 두 천체가 공통의 중심점을 가지며 원형 궤도를 움직일 때, 질량을 무시할 수 있는 제3의 천체가

다른 두 물체에 대해 상대적으로 동일한 위치를 유지하기 위한 지점은 5개가 있다. 질량이 큰 두 천체에 의한 중력과

궤도를 유지하기 위한 원심력은 라그랑주 점에서 평형을 이루며, 이에 따라 이 점에서 제3의 물체가 다른 두 물체에 대해

정지 상태에 있을 수 있다.

※라그랑주 점(Lagrangian point)은 1772년에 조제프루이 라그랑주((Joseph-Louis Lagrange, 1736- 1813)가 삼체문제

(three-body problem)를 풀다가 발견하였다. 원래 라그랑주는 세 개의 천체가 중력을 통해 움직이는 계를 다루는 문제

(삼체문제)를 분석하던 중이었다. 뉴턴 역학에 따르면, 삼체문제의 계는 혼돈적으로 움직이다가 마침내 충돌이 발생하거나

혹은 물체가 계에서 빠져나와서 정적 평형 상태에 도달한다. 이에 따라, 뉴턴 역학으로는 일체 문제와 이체 문제는 쉽게

계산할 수 있지만, 삼체문제 이상은 다루기가 매우 힘들다.

라그랑주는 이런 계를 분석하기 위하여 뉴턴 역학을 재구성한 라그랑주 역학을 창안하였다. 이 이론을 써서, 라그랑주는

세 물체 가운데 하나가 다른 두 물체보다 매우 가벼울 때, 이 가벼운 물체가 어떤 궤도를 지니는지 계산하였고, 이를 통해

특정한 점에서는 이 가벼운 제3의 물체가 다른 두 물체에 대하여 상대적으로 정지해 있는 궤도를 그린다는 사실을 발견

하였다. 이러한 점을 라그랑주의 이름을 따 라그랑주 점(Lagrangian point)이라고 부른다.

※예: 태양으로부터 지구 바깥쪽으로 존재하는 물체의 궤도 주기는 일반적으로 지구의 궤도 주기보다 길어진다. 하지만,

지구의 추가적인 인력은 궤도 주기를 감소시키며, L2 지점에서의 궤도 주기는 지구의 궤도 주기와 동일해진다.

태양-지구 L2 지점은 우주망원경의 좋은 위치이다. L2 지점의 물체는 항상 태양과 지구에 대해 동일한 방위를 유지하기

때문에, 차폐 및 보정이 훨씬 단순해진다. 윌킨슨 극초단파 비등방 탐색선은 이미 태양-지구 L2 지점에 위치해 있다.

앞으로 허셜 우주망원경 및 현재 제안된 제임스 웹 우주 망원경 역시 태양-지구 L2 지점에 위치할 것이다. 지구-달 L2

지점은 달의 반대편을 담당하는 통신 위성에 좋은 위치이다.

만약 M2가 M1에 비해 매우 작다면, L1과 L2 지점은 M2로부터 r의 동일한 거리상에 위치하게 된다. r은 힐 구의 반경이며,

다음과 같다.

태양-지구 L2 지점은 우주망원경의 좋은 위치 캡처

사진 태양-지구 L2 지점은 우주망원경의 좋은 위치 캡처

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NASA, 제임스 웹 우주 망원경(JWST, James Webb Space Telescope)

고더드 스페이스 플라이트 센터(NASA, Goddard Space Flight Center)

➩https://www.jwst.nasa.gov/content/about/orbit.html

➩https://solarsystem.nasa.gov/resources/754/what-is-a-lagrange-point/

태양 궤도(A Solar Orbit)

James Webb 우주 망원경은 허블 우주 망원경처럼 지구 주위를 도는 것이 아닙니다. 실제로 태양 주위를 도는 것입니다.

지구에서 150만 킬로미터(100만 마일) 떨어진 두 번째 라그랑주 점(L2)이라고 합니다. . 이 궤도의 특별한 점은 망원경이

태양 주위를 이동할 때 지구와 일직선을 유지할 수 있다는 것입니다. 이를 통해 위성의 대형 선실드가 태양과 지구(및 달)

의 빛과 열로부터 망원경을 보호할 수 있습니다.

A Solar Orbit

The James Webb Space Telescope will not be in orbit around the Earth, like the Hubble Space Telescope is -

it will actually orbit the Sun, 1.5 million kilometers (1 million miles) away from the Earth at what is called

the second Lagrange point or L2. What is special about this orbit is that it lets the telescope stay in line

with the Earth as it moves around the Sun. This allows the satellite's large sunshield to protect the telescope

from the light and heat of the Sun and Earth (and Moon).

라그랑주 포인트(Lagrange Points)

라그랑주 점은 보내진 물체가 그대로 있는 경향이 있는 공간의 위치입니다. 라그랑주 점에서 두 개의 큰 질량의 중력은

작은 물체가 함께 움직이는 데 필요한 구심력과 정확히 동일합니다. 우주의 이러한 지점은 우주선이 제자리를 유지하는

데 필요한 연료 소비를 줄이는 데 사용할 수 있습니다.

Lagrange points are positions in space where objects sent there tend to stay put. At Lagrange points, the

gravitational pull of two large masses precisely equals the centripetal force required for a small object to

move with them. These points in space can be used by spacecraft to reduce fuel consumption needed

to remain in position(NASA/WMAP Science Team March 27, 2018).

궤도-제임스 웹 우주 망원경(Orbit-James Webb Space Telescope)

youtube Animation Of Webb's Orbit(Webb의 궤도 애니메이션)

왜 지구와 태양의 방향이 중요한가?

JWST 망원경 뜨거운 쪽과 차가운 쪽 온도 차이

사진 JWST 망원경 뜨거운 쪽과 차가운 쪽 온도 차이

Webb는 주로 적외선을 관찰하는데, 이는 때때로 열로 느껴질 수 있습니다 . 망원경은 아주 먼 물체의 아주 약한 적외선

신호를 관찰할 것이기 때문에 밝고 뜨거운 소스로부터 보호되어야 합니다. 여기에는 위성 자체도 포함됩니다! 선실드는

태양과 지구/달뿐만 아니라 우주선 버스에서도 민감한 거울과 기구를 분리하는 역할을 합니다.

망원경 자체는 섭씨 영하 225도(화씨 영하 370도)에서 작동합니다. 망원경의 뜨거운 쪽과 차가운 쪽의 온도 차이는 매우

큽니다. 뜨거운 쪽에서는 물을 거의 끓이고 차가운 쪽에서는 질소를 얼릴 수 있습니다!

선실드가 태양/지구/달의 빛과 열에 대해 효과적인 보호(망원경에 SPF 100만 선스크린 제공)가 되도록 하려면 이 몸체가

모두 같은 방향에 있어야 합니다.

이것이 망원경이 두 번째 라그랑주 지점에 있는 이유입니다.

L2는 무엇입니까?

라그랑주 점(Lagrange point) 2-2

사진 라그랑주 점(Lagrange point) 2-2

※첫 번째 태양-지구 라그랑주 점 L1은 지구에서 태양 방향으로 150만km 떨어져 있으며 DSCOVR , WIND , SOHO 및

ACE를 비롯한 많은 태양 관측소가 여기에 위치했습니다 .

※WMAP, Herschel 및 Planck를 포함하여 Webb가 있을 Sun-Earth L2에 다른 위성이 있었습니다.

Joseph-Louis Lagrange는 "3체 문제"라고 불리는 문제에 대한 해결책을 찾은 18세기 수학자였습니다. 즉, 세 개의

물체가 서로 궤도를 돌면서 서로에 대해 동일한 위치에 머물 수 있는 안정적인 구성이 있습니까? 밝혀진 바와 같이,

이 문제에 대한 다섯 가지 해결책이 있습니다. 그리고 그것들을 발견자의 이름을 따서 다섯 개의 라그랑주 점이라고

합니다. 라그랑주 점에서 두 개의 큰 질량의 중력은 작은 물체가 함께 움직이는 데 필요한 구심력과 정확히 동일합니다.

L1, L2, L3 점은 모두 서로 일직선상에 있으며 L4와 L5는 정삼각형 점에 있습니다.

몇 가지 기술적 세부 사항 :

이 다섯 지점 중 하나에 있는 물체(예: 우주선)는 다른 두 물체(예: 태양 및 지구)에 비해 제자리에 머무르기가 쉽습니다.

사실, L4와 L5는 거기에 있는 물체가 도움 없이 L4와 L5를 공전한다는 점에서 안정적입니다. 일부 작은 소행성은 태양-지구

L4 및 L5 지점을 도는 것으로 알려져 있습니다. 그러나 L1, L2 및 L3은 준안정성이므로 이 점 주변의 물체는 예를 들어

작은 주기적 로켓 추력을 사용하여 위치를 유지하지 않는 한 태양 주위의 자체 궤도로 천천히 표류합니다. 이것이 L1, L2

및 L3이 L4 및 L5와 같은 개체를 "수집"하지 않는 이유입니다.

L2의 웹

Webb가 지구보다 더 멀리 태양을 공전하고 있다면 태양을 공전하는 데 1년 이상이 걸리지 않습니까? 일반적으로

그렇습니다. 그러나 L2 지점에서 태양과 지구의 결합된 중력의 균형은 Webb가 태양 주위를 도는 지구를 따라갈

것임을 의미합니다. 태양과 지구의 중력은 이 지점에서 우주선을 거의 붙잡을 수 있으므로 우주선을 L2 주위의

궤도에 유지하는 데 상대적으로 적은 로켓 추진력이 필요합니다.

그리고 Webb는 L2 주위를 공전할 것이며, L2에 정확히 고정되어 있지 않습니다. Webb의 궤도는 배포 비디오(아래)의

이 스크린샷에 대략적으로 표시되어 있습니다. 그것은 실제로 지구 주위를 도는 달의 궤도와 크기가 비슷합니다! 웹이

한 번 완료하는 데 약 6개월이 걸리는 이 궤도는 망원경을 지구와 달의 그림자로부터 보호합니다. 90분마다 지구의

그림자를 왔다 갔다 하는 허블과 달리 Webb는 24시간 연중무휴로 과학 작업을 수행할 수 있는 방해받지 않는 시야를

갖게 됩니다.

Webb와 통신

L2에서 Webb의 위치는 또한 우리가 그것에 대해 쉽게 이야기할 수 있도록 합니다. 약 150만km 떨어진 한밤중 하늘에서

항상 지구에 대해 동일한 위치에 있기 때문에 지상에 있는 3개의 대형 안테나를 사용하여 지구가 DSN(심우주 네트워크)을

통해 회전할 때 지속적으로 통신할 수 있습니다. 호주, 스페인 및 캘리포니아에 있습니다. 일상적인 작업 중에 Webb는

DSN을 통해 명령 시퀀스를 업링크하고 데이터를 하루에 최대 두 번 다운링크합니다. 관측소는 일련의 명령(포인팅 및

관찰)을 자율적으로 수행할 수 있습니다. 일반적으로 우주 망원경 과학 연구소는 한 번에 일주일 분량의 명령을 업로드

하고 필요에 따라 매일 업데이트합니다.

Webb가 L2에 도달하는 데 얼마나 걸립니까?

Webb가 L2의 궤도 시작점에 도달하는 데 약 30일이 걸리지만 달의 궤도까지 약 4분의 1인 거리까지 도달하는 데는 3일

밖에 걸리지 않습니다. Webb를 L2 주위의 궤도로 돌리는 것은 오르막의 맨 처음에만 자전거 페달을 세게 밟아 언덕

꼭대기에 도달하는 것과 같습니다. 멈추고 간신히 정상에 도착합니다.

youtube 라그랑주 지점(L2) 배치 중 위성의 배치 절차, 타임라인 및 위치

출시 후 이벤트 타임라인:

첫 1시간 동안:

우주로의 이동, 태양열 어레이 배치 및 "자유 비행". Ariane 5 발사체는 프랑스령 기아나에서 아침 이륙 후 약 26분 동안 추력

을 제공합니다. 2단계 엔진 차단 직후 Webb는 Ariane에서 분리되어 Webb가 햇빛에서 전기를 생산하고 배터리 소모를 멈출

수 있도록 몇 분 안에 태양 전지판을 배치합니다. Webb는 스스로 방향을 잡고 우주에서 "비행"하는 능력을 빠르게 확립할 것

입니다.

첫째 날 :

L2 로 중간 과정 수정 . Ariane은 먼저 지구를 선회하지 않고 Webb를 L2로 직접 보낼 것입니다. 첫날에는 Webb 자체에 탑재

된 소형 로켓 엔진을 사용하여 첫 번째이자 가장 중요한 궤적 수정 기동을 수행합니다. 우리는 또한 가능한 한 빠른 시일 내에

가장 높은 가용 데이터 통신 속도를 가능하게 하기 위해 고이득 안테나를 출시 및 배포할 것입니다.

첫 주:

Sunshield 배포. 두 번째 궤적 수정 기동을 실행한 직후, 전방 및 후방 선실드 팔레트에서 시작하여 주요 배치 시퀀스를 시작할

것입니다. 다음 단계는 우주선 버스와 망원경 사이에 망원경 타워를 확장하여 분리하는 것입니다. 타워는 약 2미터 연장되며

나머지 선쉴드 전개가 진행될 수 있도록 시퀀스의 이 시점에서 필요합니다. 다음으로, 선실드 멤브레인이 고정 해제되고 텔레

스코핑 선실드 미드붐이 확장됩니다(먼저 좌현, 그 다음 우현 면). 멤브레인을 당겨 빼냅니다. 마지막 선쉴드 배치 단계는 멤브

레인의 인장입니다. 그 동안 라디에이터와 같은 다른 것들이 출시되어 배포될 것입니다.

첫 달:

망원경 배치, 쿨다운, 계기 켜기 및 L2 주변 궤도에 삽입. 발사 후 두 번째 주 동안 우리는 2차 거울 삼각대를 펼치고 잠그고

2개의 주 거울 날개를 회전하고 잠그는 방식으로 망원경 구조의 전개를 마칠 것입니다. 망원경과 과학 기기는 차양막 그늘

아래서 빠르게 냉각되기 시작하지만 완전히 식어 안정된 온도에 도달하려면 몇 주가 걸릴 것입니다. 이 쿨다운은 전략적으로

배치된 전기 히터 스트립으로 신중하게 제어되어 모든 것이 조심스럽게 수축하고 전망대 내부에 갇힌 물이 기체로 진공 공간

으로 빠져나가 거울이나 감지기에 얼음처럼 얼지 않도록 합니다. 과학적 성능. 모든 1차 미러 세그먼트와 2차 미러의 잠금을

해제하고 이동할 수 있는지 확인합니다. 첫 달 말쯤에 우리는 L2 주변의 최적 궤도에 삽입하기 위해 마지막 중간 과정 기동을

실행할 것입니다. 이 기간 동안 우리는 과학 기기 시스템도 가동할 것입니다. 나머지 5개월의 시운전은 광학 장치를 정렬하고

과학 기기를 교정하는 데 사용됩니다.

두 번째, 세 번째 및 네 번째 달:

초기 광학 점검 및 망원경 정렬.Fine Guidance Sensor를 사용하여 Webb를 단일 밝은 별을 가리키고 관측소가 표적을 획득

하고 고정할 수 있음을 시연하고 주로 NIRCam으로 데이터를 가져옵니다. 그러나 1차 거울 세그먼트가 아직 단일 거울로 작동

하도록 정렬되지 않았기 때문에 동일한 단일 표적 별에 대해 최대 18개의 왜곡된 이미지가 있을 것입니다. 그런 다음 우리는

모든 망원경 광학 장치를 정렬하는 긴 과정을 시작할 것입니다. 각 부분을 한 번에 하나씩 이동하여 어떤 기본 거울 부분이

어떤 이미지와 함께 가는지 식별하는 것으로 시작하여 몇 개월 후에 모든 부분이 하나로 정렬되고 두 번째 부분으로 정렬됩

니다. 미러가 최적으로 정렬됩니다. 냉각이 효과적으로 종료되고 극저온 냉각기가 최저 온도에서 작동을 시작하고 MIRI도

좋은 데이터를 수집하기 시작할 수 있습니다.

다섯 번째 및 여섯 번째 달:

교정 및 시운전 완료. 우리는 대표적인 표적을 관찰하면서 모든 과학 기기의 다양한 작동 모드를 세심하게 보정할 것이며,

우리 태양계의 소행성, 혜성, 달 및 행성과 같은 근처에 있는 "움직이는" 표적을 추적하는 능력을 시연할 것입니다.  시운전이

끝난 직후에 공개되는 '조기 출시 관측'을 만들어 관측소의 역량을 보여줄 것입니다.

6개월 후:

"과학 작전!" Webb는 과학 임무를 시작하고 일상적인 과학 작업을 수행하기 시작할 것입니다.