为什么詹姆斯韦布望远镜不停在L2点上，而是绕L2转圈？ 第1页

因为L2点是不稳定的。（那些说“L2没太阳光”的答案并不完全正确）

韦伯望远镜被发送到绕着拉格朗日点L2的轨道，而不是L2点上，为什么呢？

避免占坑

有人说，是因为如果某大国的某一个航天器先占据了L2拉格朗日点，那么其它航天器就没办法使用这个位置了。反之，如果多个航天器同时绕这个拉格朗日点附近运行，那就不会打架了。像最近发射的赫歇尔空间天文台、WMAP^[1]和“普朗克”卫星都是在L2点附近。当它们寿终正寝时，如果在L2点上就需要较多的推进剂让它们离开稳定点前往墓地轨道，如果是在附近，就坡下驴就可以用减少推进剂的使用了。

这看上去一是个理由，但并不全面。

不稳定的山巅

我们知道，詹姆斯韦伯望远镜并不是绕地球运转，而是在L2点绕太阳运转，也就是说，望远镜与地球一起以相等的公转角速度围绕太阳运动。而仅当公转轨道是圆形时，L2才是一个相对地日“静止”的点。真实世界里的轨道是椭圆形的，加上月球、木星、金星和其他行星的扰动，拉格朗日点是在不断移动着的。打个比方，L2点就像一个马鞍^[2]，或者再形象点说，L2点就像一个山巅，（还是一个一直在晃来晃去的山巅），稍微有一点点扰动，山巅上的小石子就会偏离滚落山下。（至于为什么它是不稳定的，这是一个微积分问题，我就不给大家灌公式了）

实际上，不止是L2点，在5个拉格朗日点中，由欧拉于1767年推算出的前三个点，也就是L1、L2和L3 都是动态不稳定的^[3]，这意味着微小的偏离都会随着时间的推移而增长，慢慢地就偏离轨道了。具体就不计算了，只需知道，日地的L2点只需24.4天就会漂移走，而L3需要43.12年^[4]。因此，位于这几个点上的航天器必须使用其推进系统不断进行轨道修正以保持在稳定点附近（但所需的燃料仍然比近地轨道调整的要少），而且是长时间地保持。

在航天动力学和天体物理中，一些航天器会采用利萨如轨道（Lissajous^[5]）。

它可以让航天器在拉格朗日点附近徘徊（自然却复杂的运动）^[6]，即使略有扰动时也可以不使用或少使用推进系统（借助复杂的离心力与科里奥利力的合力）就能恢复暂时的平衡，从而保证其相对于地球和太阳处于一个相对稳定的位置^[7]。（其中更特殊的是晕轨道，和利萨如的区别主要是在于是否闭合，哦，对了，还有李雅普诺夫轨道，这里就先不展开讲了）

减少推进系统的使用，除了延长使用寿命以外，还有一个好处就是减少因推进器的频繁启动造成望远镜振动，从而减少对观测的影响。同样的道理，控制量还不能太过细微，因为控制越精细，就意味着推进系统启动越频繁，不但会消耗大量燃料，启动期间相机也几乎没法用，减少了使用时间，意味着白白的浪费宝贵的寿命。

L2轨道的轨道周期为6个月。由于太阳风的辐射压力和观测事件造成的姿态调整扰动，JWST需要比其他拉格朗日轨道任务（通常每年3-4次）更频繁地进行轨道保持的操作。通过每日的跟踪测量，保证其在每21天^[8]的一个周期里保持姿态位置的准确。

所以，题主所问的“绕L2点转圈”，是为了最大限度地提高稳定性和延长寿命。

（BTW，关于题主问题描述中的通讯干扰问题，L1点因为在日地之间，所以是有通讯考虑的，L2点是在日地的延长线上的，绕不绕圈并不会对通讯起到什么作用。）

日食

最后一点，也是很重要的一点，就是要避免进入L2点的日食区，或者说避免过多的进入地球的影子。

我最近看很多自媒体在写鸽王的时候，都会说它去L2点是因为要躲在地球的阴影后面，减少太阳光对其影响。

这只说对了一半。我们知道，地球本影平均长约137.7 万千米，而L2点距地球约150万千米，也就是说，L2点并不在地球的本影锥体中，事实上，很多在L2的航天器都没有处于地球的半影中^[9]。下图是按比例画出的地月和JWST的轨道，可以看出地球的阴影对JWST的影响并没有想象的那么大^[10]。

大部分航天器都是太阳能供电，所以不能真正的在黑暗中工作，需要一些太阳光提供能源。这就需要那里的航天器要围绕L2点为中心运行，而不能在L2所谓“日环食”区等死。JWST也是一样。虽然它确实配备有可充电的锂电池，但主要是用来在太阳能电池组展开之前和期间提供电力，以及在用电高峰期间短暂补充电力以弥补太阳能电池组的输出缺口。它的轨道设计原则中明确写明^[11]，锂电池不是为了在日食期间供电用的，JWST不能进入地球的影子中^[12]。所以只能在L2点附近画圈（也能避免频繁进入地球阴影而导致的热胀冷缩变化，减少对镜面平整度的影响）。

哦对了，以上答案同样适用于嫦娥四号的中继卫星鹊桥。

哦，千万别想不开去真的想着去看关于L2的计算公式和相关的论文，你会掉头发的。比如下面这张：

或者为了躲避日食而做的计算^[13]图是酱紫的：

为了能给祖国航天添砖加瓦，请航天专业的学生多多努力学习吧。

参考

1. ^ 威尔金森微波各向异性探测器
2. ^ https://physics.stackexchange.com/questions/286642/why-are-the-lagrangian-points-l-1-l-2-l-3-unstable
3. ^ 在没有其他影响的情况下，围绕拉格朗日点L 4和L 5 的轨道是动态稳定的，只要两个主要物体的质量比大于约 25
4. ^纯理论情况下。 https://www.math.arizona.edu/~gabitov/teaching/141/math_485/Final_Report/Lagrange_Final_Report.pdf
5. ^ 以法国数学家Jules Antoine Lissajous（1822-1880）命名
6. ^ https://www.cosmos.esa.int/documents/29201/305493/IN_L2_orbit.pdf/8d80f802-196d-48ff-973d-8a768798bef0
7. ^ https://handwiki.org/wiki/Lissajous_orbit
8. ^ https://jwst-docs.stsci.edu/jwst-observatory-characteristics/jwst-orbit
9. ^ 在L2点，有约70%的太阳被地球遮挡，形成日环食。
10. ^Stationkeeping Monte Carlo Simulation for the James Webb Space Telescope。Dichmann，Cassandra M.Alberding，Wayne H.Y https://ntrs.nasa.gov/citations/20140007519
11. ^ https://ntrs.nasa.gov/api/citations/20150017756/downloads/20150017756.pdf
12. ^ https://ntrs.nasa.gov/citations/20160001318
13. ^ https://ntrs.nasa.gov/api/citations/20190028885/downloads/20190028885.pdf