5個拉格朗日點，韋伯望遠鏡只能圍繞L2點運動，為什麼？

比最初的預定計劃整整推遲了15年，但最終詹姆斯韋伯太空望遠鏡還是於2021年12月25日順利升空了。

之後，它便會按照計劃前往距離地球150萬公里的第二拉格朗日點，並圍繞該點以半徑80萬公里的日暈軌道執行。什麼是拉格朗日點呢？它是由數學家拉格朗日計算得出的一個引力平衡點。當一個物體同時受到兩個天體的引力作用時，就會在這兩個天體周圍產生5個引力平衡點，如果將物體放在這5個拉格朗日點上，那麼物體就可以與這兩個天體保持固定的相對位置。任意兩個天體之間都存在這樣的引力平衡點，地日之間有，地月之間也有，此前中國發射的鵲橋衛星就位於地球與月球的第二拉格朗日點上。

既然地球與太陽之間存在著5個拉格朗日點，那麼為什麼韋伯望遠鏡一定要放置在第二拉格朗日點上呢？這個問題還得從韋伯望遠鏡本身說起。

在韋伯太空望遠鏡發射升空之前，人們最為熟悉的太空望遠鏡就是哈勃太空望遠鏡了，然而哈勃望遠鏡與韋伯望遠鏡並不是一回事，哈勃望遠鏡是一臺光學望遠鏡，而韋伯望遠鏡則是一臺紅外線望遠鏡。因為韋伯望遠鏡是用來觀測宇宙深空的，它的任務是捕捉宇宙誕生之初的星系所發出的光亮。要知道，宇宙自誕生之日起便始終處於膨脹之中，那些誕生於宇宙形成之初的星系可都距離我們十分遙遠，憑什麼韋伯望遠鏡就能看到它們呢？

光在傳播的過程中波長會發生變化，這種波長的變化就被我們稱之為紅移或者藍移，紅移是指波長變長，藍移是指波長變短。

那麼波長為什麼會發生變化呢？是因為距離發生了變化。形象一點來講，假設我們現在有一根彈簧拽著兩個小球，當兩個小球的距離變遠時，彈簧就會被拉長，如果把彈簧想象成波長，那麼就是波長變長了。反之，如果兩個小球的距離縮短，彈簧就會被壓縮，也就是波長變短了。在宇宙中，大多數的天體都在遠離我們，所以當它們發出的光跨越遙遠的星際空間到達地球時，波長就會變長，也就是發生紅移現象。

在我們的身邊，只有仙女座星系有著明顯朝向銀河系運動的趨勢，所以它所發出的光波長會變短，因此它是宇宙中極為罕見的會呈現出藍移現象的星系。

另一方面，宇宙空間本身就處於不斷膨脹之中，而空間的膨脹也會導致光傳播距離的增加，所以也會導致紅移現象的發生。除了距離的增加和空間的膨脹之外，還有第三個導致紅移現象發生的因素就是引力。任何有質量的物體都具有引力，而擁有數千億顆恆星的星系更是擁有強大的引力，而引力是一種幾何效應，它的本質就是時空的彎曲，而彎曲後的時空就意味著光線所要經過的距離增加，所以波長也會相應邊長，產生紅移現象。

星系的光傳播到地球會產生紅移現象，而且越是遙遠的星系，這種紅移現象可能就越明顯，所以這些星系所發出的紫外線在到達地球后就因為紅移現象而變為了紅外線，所以我們就需要一臺紅外線望遠鏡來進行觀測，而詹姆斯韋伯太空望遠鏡就是這樣一臺紅外線望遠鏡。

然而紅外線望遠鏡雖然是觀測宇宙深空的利器，但卻有著十分明顯的問題，那就是極易受到干擾。紅外線是什麼？紅外線的本質就是溫度，而溫度的本質就是運動，而宇宙中沒有絕對的靜止，也就不存在絕對零度，也就是說所有的物體都會發出紅外線，而地球和太陽所發出的紅外線就會給韋伯太空望遠鏡造成極大的干擾。

為了儘可能減小感染，就必須將韋伯望遠鏡放置到第二拉格朗日點上，因為其餘4個拉格朗日點都同時面朝太陽和地球，只有在L2點上，太陽的光線被地球所遮擋，可以最大限度地降低紅外線干擾。

既然如此，為什麼不乾脆將韋伯望遠鏡固定在L2點上，還要讓它圍繞L2點進行日暈軌道運動呢？因為這樣可以使通訊拋物面天線與太陽光成28度夾角，既能夠避免太陽光影響通訊，又能夠讓部分光線照向韋伯望遠鏡，以便為韋伯望遠鏡的太陽能電池板提供能量，L2點本身並不十分穩定，所以還需要少部分的自身動力維持軌道的穩定。