波音的载人飞船为啥又又又要鸽？原来是要让路给这位神秘的“露西”！
波音的星航线（Starliner）第二次无人试飞又双叒叕因技术原因推迟发射，不过这次留给它的时间是真不多了。倒不是CRS-23的龙飞船要占用国际空间站上的接口让星航线无口可用，而是10月份NASA还有一个也要用宇宙神V火箭的发现级深空任务“露西”（Lucy），星航线必须让路。
知道波音又推迟了飞船发射后的你.jpg
我估计很多人看到这个项目后的第一反应肯定是：“嗯？露西是什么？怎么之前没怎么听到过这个项目？” 简而言之，“露西”是一个预计在今年10月发射的深空探测器，初步计划12年的任务会带着这个仅1.4吨的探测器数次穿越整个内太阳系，造访从未有过探测器到达过的木星特洛伊小行星群。
飞掠深藏太阳系诞生秘密的小行星的露西探测器（NASA）
露西的任务徽章
想必之前很多人都没有听说过这个充满古希腊味名字的天体群，简而言之特洛伊小行星群是一群围绕着太阳运行但和木星共用大致轨道的小行星群，由在木星轨道前方和太阳的L4拉格朗日点以及木星轨道后方和太阳的L5拉格朗日点两片组成。
右下角黄点为木星，两片绿点即为特洛伊小行星群
有趣的是由于拉格朗日点最早的天文观测证据便是木星的特洛伊小行星群，L4和L5这两个拉格朗日点也常被称为特洛伊点。要了解“露西”能让载人航天都让路的重要性，自然就要先了解拉格朗日点的特殊性，而要了解拉格朗日点的特殊性，还要从一个常被误解的概念静稳定说起。
假设我们有一个单摆，将其轻微拉起后放下，单摆会在数次摇动后回到垂直姿态，那么单摆便是一个静稳定的状态。物理学上讲在物体因受到外力而离开起始位置后，会有一个天然反向恢复力把物体推会起始位置，那该构造便是静稳定的状态。拿单摆举例，重力造成的mgsinθ便是天然的反向恢复力。
但值得注意的一点是静稳定，并不等于静，或者说不动。单摆之所以会回到垂直姿态，是因为绳子或者细杆和配重都有空气阻力减速，固定点也有旋转摩擦阻力。如果假设一个理想状态没有任何空气阻力且无任何摩擦力，那么我们抬起配重增加的势能会全部转换成垂直姿态下的动能，配重因惯性继续前行到另一端同样高度再次转换成势能，如此循环。也就是虽然单摆在不断的移动，但其依然是一个静稳定的状态，顺带一提这也是老式钟摆的计时原理。换言之由于只是动能和势能在不断的交换，整体能量并没有变化，我们可以把单摆的垂直姿态看作是“能量山脉”中的山谷，在“山脚”的位置为静稳定点，反过来配重最高点对应的“山顶”位置则为静不稳定点。
如果我们把这座“山”从2D拓展到3D，便能看到4种不同类型的特殊点。如果两个方向（X，Y）都是最高点，那便是绝对的静不稳定点。若两个方向都是最低点，那便是绝对的静稳定点。如果一个方向是最高点另一个方向是最低点，那便是鞍点。如果一个方向一边是最高点另一边是最低点，那便是拐点。
“山脚”，“山顶”，“鞍点”
那这和拉格朗日点有啥关系呢？拉格朗日点便是在两个旋转星体所产生的引力势能“山脉”中的五个特殊点。
L1为势能鞍点，只在垂直于两个星体连线的方向上为最低点。L2和 L3皆为拐点，只有一边是最高点其余三边都是最低点。L4和L5为静不稳定点，所有方向都是最高点。从引力势能上来讲所有的拉格朗日点都是“山顶”，也就是静不稳定点。唉等等，L4和L5怎么是静不稳定点啊？不是常说的L4和L5是两个稳定的拉格朗日点吗？这便是对拉格朗日点的最大误区，还记得之前的单摆模型吗？只要有一个天然反向的恢复力，哪怕在不断移动也会是静稳定状态，可从来没有说过静稳定状态一定要经过静稳定点啊。老看拉格朗日点的图，可别忘了图只是简化，实际上所有拉格朗日点都是跟随者两个质量的质心在不断旋转的。
而让L4和L5能在“山顶反复横跳”的，正是拉格朗日点旋转参考系带来的额外科氏力。啊没错，这个在旋转式人工重力里提到的老朋友又回来了。
在地球上如果前进方向和地球旋转方向一致，那么地球旋转的科氏力会让前进方向偏向赤道，所以由西向东北半球会向南偏转，南半球则向北偏转。且距离赤道越远，科氏力产生的偏转就越大，就像把单摆配重抬的越高其恢复的速度就越快一样，本质上也可以把科氏力理解为一种将前进方向改回赤道“轨道面“的恢复力。
正如从高点下落的单摆，势能转换成动能，物体离开L4和L5的势能“山顶”也会获得更多的动能，也就是线性速度。由于科氏力的方程里同时有角速度（ω）和线性速度（v），线性速度增加意味着科氏力也会增加，形成一种天然的恢复力把物体又偏转“推”了回去。如果这有些难以理解的话，可以把L4和L5的科氏力想象成罩在山顶周围一定区域内的怪力场，会施加一个扭力改变所有试图“下山”物体的轨迹，使其始终留在怪力场内无法下山。所以L4和L5与其说是一个稳定点，不如说是一个庞大的稳定区域，让在这个区域内的所有物体都能在一定外在干扰力后依然保留在这个区域内。对于质量庞大的木星来说，这个稳定的“怪力区”便非常的大，特洛伊小行星群覆盖了前后将近26度的木星轨道，最长达2.5AU最宽达到0.6AU（一个AU约为1.5亿千米或8光分）。
现代天文学已经观测到9800颗，而预估直径超过1千米的特洛伊小行星有约1百万颗，和火星与木星之间主小行星带（Main Belt）同样直径的小行星数量大致相同。
需要注意的是正如单摆摆动幅度可以较大但却依然保持静稳定状态，在木星的L4和L5区域的特洛伊小行星实际环绕太阳的轨道也会和木星的轨道有很大差别。比如WN204和BK101两颗小行星和木星轨道平面有40多度的夹角，“露西”要飞掠拜访的15094和木星轨道平面夹角约为12度。不采用2D平面视角而采用3D视角下的木星特洛伊小行星群，实际上是这样的：
也正是凭借这些独一无二的特性，木星的特洛伊小行星群有着极高的科学价值。“山顶”的怪力场让大量小行星有如时间胶囊一样保存下来了太阳系诞生之初便诞生的物质，但同时由于怪力场只维持在“山顶”周围，如果有足够大的力一口气“冲出”怪力区，小行星依然可以离开木星的L4和L5范围，这就让任何模拟太阳系形成的理论都不能忽视两个庞大小行星群的存在。同时也意味着太阳系内其他的小行星，极有可能来源自特洛伊小行星群中的小行星，他们互相之间引力影响乃至碰撞，导致产生了足以离开L4和L5稳定区的能量。电脑模拟显示自太阳系诞生以来，已经有约17%的特洛伊小行星因各种原因进入了不稳定的状态。而就是这个有助于理解太阳系诞生的“金矿”，却因其所在遥远的木星轨道，迄今为止都没有任何探测器进行过近距离观测。NASA给探测器起名为“露西”，是以阿法南方古猿化石标本AL288-1“露西”命名，意欲特洛伊小行星群正如太阳系形成的“化石”。巧合的是发现标本“露西”的考古学家Donald Johanson，以他名字命名的主小行星带小行星52246，其轨道位置恰好和探测器“露西”去L4特洛伊小行星群的轨道位置重合，“露西”探测器会以922千米的距离飞掠小行星Donald Johanson，完成次颇具闭环意味的探测。
今年10月发射后“露西”要两次借助地球引力加速，飞掠主小行星带的52246后经过6年的太空飞行在2027年到达木星L4特洛伊小行星群。
探测器的发射转移过程演示，紫色线条即为露西的飞行轨迹
在飞掠4颗小行星后依赖自身动能离开L4，横穿整个内太阳系第三次飞掠地球，在2033年到达木星L5特洛伊小行星群，完成最后一颗小行星的飞掠。
探测器从L4奔向L5的过程，2033年到达
露西任务渲染图
这之后露西将加入木星特洛伊小行星群“俱乐部”，不过却有着独一无二的身份，它将成为一颗在L4和L5之间12年一循环的“小行星”。
下一次仰望星空的时候，找到了那颗地支岁星，也别忘了向前或后看一眼那庞大的特洛伊小行星群，或许太阳系起源的秘密就藏在其中。