Waar kun je parkeren in de ruimte?

Stormen op de zon kunnen satellieten, gps en stroomnetten platleggen. Om de aarde vooraf te waarschuwen, houdt een sonde de zon in de gaten, altijd tussen de zon en ons in. Maar in de ruimte kun je niet stilstaan: wat niet beweegt, valt in de zon. Hoe blijft hij daar dan hangen?

Evenwicht alleen is niet genoeg

Tussen de zon en de aarde is een plek waar hun aantrekking in evenwicht is, zo’n 260.000 km van de aarde. Maar daar houdt een sonde het niet uit: niets buigt hem af, dus vliegt hij rechtdoor, terwijl de zon de aarde langs haar baan afbuigt. Hij blijft niet op zijn plek.

Wie dichterbij is, gaat sneller

Mercurius draait in 88 dagen om de zon, de aarde in een jaar en Mars in bijna twee jaar. Hoe dichter bij de zon, hoe harder de zon trekt, hoe sneller een hemellichaam moet vliegen om er niet in te vallen en hoe korter zijn baan is.

Als alleen de zon trok

Om ten opzichte van de aarde stil te staan, moet een sonde net als de aarde in een jaar om de zon draaien. Maar als alleen de zon aan hem trok, zou een sonde iets dichter bij de zon sneller draaien en de aarde inhalen. Een sonde iets verder weg zou achterop raken.

L1: de aarde remt af

Maar ook de aarde trekt aan de sonde, en wel van de zon af, zodat de aantrekking van de zon zwakker wordt en de sonde langzamer draait. Op 260.000 km heft de aarde die helemaal op, en dat is te veel; op zo’n 1,5 miljoen km van de aarde is het precies goed en draait de sonde net als de aarde in een jaar om de zon. Die plek heet L1, het eerste van vijf lagrangepunten, genoemd naar de wiskundige die ze berekende.

L2: de aarde trekt mee

Achter de aarde is het omgekeerd: de aarde trekt de sonde dezelfde kant op als de zon, dus draait de sonde sneller dan wanneer alleen de zon aan hem trok. Weer op zo’n 1,5 miljoen km van de aarde draait hij in precies een jaar om de zon. Dat is L2.

De James Webb-ruimtetelescoop

In L2 draait de James Webb-ruimtetelescoop. Zon, aarde en maan staan van daaruit altijd aan dezelfde kant, dus houdt één zonnescherm zo groot als een tennisbaan ze allemaal tegen. Daarachter blijft de telescoop in de schaduw en koelt hij af tot onder −220 °C – alleen zo vangt hij de zwakke warmte van verre sterrenstelsels op.

Vijf punten

Zulke plekken zijn er vijf. L3 ligt tegenover de aarde, achter de zon, L4 en L5 op de aardbaan, 60° voor en achter haar. Waarom juist daar, is niet aanschouwelijk uit te leggen, maar de berekening toont dat een sonde ook daar in precies een jaar om de zon draait.

Heuveltop of dal?

L1, L2 en L3 zijn als de top van een heuvel: als een sonde in L2 een stukje van de aarde af drijft, trekt de aarde zwakker aan hem en drijft hij nog verder weg. Daarom zet Webb om de paar weken even zijn motor aan. L4 en L5 zijn als dalen: wat daar belandt, blijft er.

Planetoïden bij Jupiter

Elke planeet heeft dezelfde punten. Dat dalen dingen vasthouden, laat Jupiter zien: in zijn punten L4 en L5 zitten meer dan tienduizend planetoïden gevangen, die al miljarden jaren met hem om de zon draaien.

Dus waar kun je parkeren?

In de lagrangepunten: daar draait een sonde in precies een jaar om de zon en blijft hij ten opzichte van de aarde stilstaan. Zo houdt de sonde van het begin de zon in de gaten vanuit L1, en verstopt Webb zich ervoor in L2. In L1 tot L3 moet af en toe de motor aan, in L4 en L5 houdt een sonde het zonder hulp uit.