af Michael J. I. brun , samtalen
Tag et kig på månen, og det er ikke svært at forestille sig det som en planet. En 3.476 kilometer i diameter klippekugle med basaltsletter og bjergkæder, hvis tyngdekraft producerer tidevand her på jorden.
På trods af sin enorme masse og gravitationstræk gør månen et fremragende stykke arbejde med ikke at falde til jorden. Hvorfor? Fordi månen er i kredsløb.begreberne tyngdekraft og kredsløb er blevet udviklet gennem århundreder af legendariske videnskabsfigurer, herunder Galileo Galilei, Johannes Kepler, isaac Nyton og Albert Einstein.
satellitter i kredsløb bruges rutinemæssigt til kommunikation, billeddannelse og navigation – men mange mennesker forstår ikke, hvordan disse satellitter forbliver i rummet.
går sidelæns
en almindelig misforståelse om rumrejser og vægtløshed er, at de skyldes et fravær af tyngdekraft. Mens tyngdekraften fra jorden falder, når man går længere ud i rummet, forsvinder den aldrig helt. Slip en bold 100.000 km over Jorden, og den falder gradvist.
hvordan stopper satellitter og måner sig fra at gå ned? Ved at gå sidelæns.måske har han ikke været sjov til fester, men han kunne skabe et krakende tankeeksperiment. For at illustrere bevægelsen af satellitter skabte han Nyton ‘ s kanon.
når du affyrer en kanon vandret på jorden, går kanonkuglen et stykke, når den falder til jorden. Affyr kanonkuglen hurtigere ud af kanonen, og den vil rejse længere rundt om jorden, før den styrter ned.
Hvad hvis du kunne skyde kanonkuglen med en utrolig hastighed på 8 kilometer i sekundet? Kanonkuglen ville følge jordens krumning og blive trukket mod jorden af tyngdekraften, men nåede aldrig jorden.
i det mindste ville det i Nytons tankeeksperiment uden luftmodstand og en magisk kraftig kanon.at gå op er stadig et tankeeksperiment, men i det 20.århundrede blev det endelig muligt at rejse med hastigheder på 8 kilometer i sekundet. Ikke med kanoner, men med raketter.
bortset fra at være mere behagelig end en kanon, kan en raket rejse ud over 100 kilometer højde og derefter accelerere til 8 kilometer i sekundet i rummets tomhed. Med den hastighed tager det kun 90 minutter at omgå kloden.
en gang i kredsløb kan raketmotorerne slukkes, og et rumfartøj kan kyst rundt om Jorden. Det er en sci-fi-myte, at rumfartøjer springer ud af kredsløb, når deres motorer er slukket.Jordens atmosfære i højder mellem 100 og 1.000 kilometer er usædvanlig tynd, så det tager alt fra dage til år for et rumfartøj at blive trukket tilbage til jorden.
Hvis du er inde i et rumfartøj, højt over verden, vil tyngdekraften trække på dig og dit rumfartøj, og alligevel ville du være vægtløs.
vægtløshed sker, når du trækkes frit af tyngdekraften uden modstand (fra en overflade eller luften). Vægtløshed kan endda mærkes uden at gå 8 kilometer i sekundet, øverst i et spring eller i begyndelsen af et dyk.
går højere
Hvad sker der, hvis du affyrer raketterne og accelererer til en hastighed på 10 kilometer i sekundet? I stedet for at følge jordens krumning følger dit rumfartøj en sti, der fører det langt væk fra jorden.
når dit rumfartøj trækker sig væk fra Jorden, begynder det at bremse, både lodret og vandret (på grund af bevarelsen af vinkelmoment). Til sidst vil den nå en tophøjde (apogee) og falde tilbage mod Jorden og accelerere som den gør.
processen vender nu, hvor rumfartøjet tager fart, indtil det når en minimumshøjde (perigee). Processen gentages derefter, hvor rumfartøjet sporer en ellipse rundt om Jorden.
Hvad sker der, hvis du affyrer raketterne igen og accelererer til en hastighed på 11 kilometer i sekundet? Nu bliver tingene interessante.
dit rumfartøj vil rejse væk fra jorden og blive bremset af tyngdekraften, men jordens tyngdekraft falder så hurtigt, at det aldrig vil stoppe dig helt. Dit rumfartøj vil forlade Jordens nærhed for at vandre gennem vores solsystem.
forbliver stille
mens nogle satellitter suser rundt om i verden på 90 minutter, synes andre slet ikke at bevæge sig. Vejr-og TV-satellitter ser ud til at svæve over ækvator.
disse satellitter er i geostationære baner. Når man kredser længere væk fra jorden, falder den hastighed, der kræves for at forblive i kredsløb, og den tid, der kræves for at gennemføre en bane, øges.
på næsten 36.000 km i højden tager en bane en hel dag at cirkulere jorden. Da jorden også drejer på sin akse en gang om dagen, ser disse satellitter fast på plads fra vores (roterende) jordbundne perspektiv.
gå endnu længere fra jorden, og kredsløb tager endnu længere tid. Månen er en naturlig satellit 384.000 km fra jorden og tager lidt over 27 dage at fuldføre en enkelt bane. Selvom månen rejser en kilometer hvert sekund mod øst, stiger månen på den roterende jord i øst og sætter sig i vest.
forbi
Vi kan faktisk se satellitter, der passerer overhead før daggry og efter skumring, da de reflekterer sollys ned mod os.
nogle satellitter følger Jordens rotation og bevæger sig fra vest til øst. Andre har baner, der tager dem over polerne, og rejser nord til syd eller syd til nord.
Vælg den rigtige nat, og du vil se den massive, men vægtløse Internationale Rumstation, når den cirkler rundt om kloden.
lydløst passerer satellitterne over hovedet og tager et par minutter at rejse fra Horisont til Horisont. For os synes deres passage ganske rolig, selvom de rejser mange kilometer hvert sekund i højder på hundreder af kilometer.