Michael J. I. Brown , The Conversation
spójrz na Księżyc i nietrudno wyobrazić sobie go jako planetę. Kula skalna o średnicy 3476 kilometrów, z bazaltowymi równinami i pasmami górskimi, których przyciąganie grawitacyjne powoduje przypływy tutaj na Ziemi.
pomimo ogromnej masy i przyciągania grawitacyjnego, księżyc doskonale się spisuje, nie spadając na Ziemię. Dlaczego? Ponieważ księżyc jest na orbicie.
koncepcje grawitacji i Orbit zostały opracowane na przestrzeni wieków przez legendarne postacie nauki, w tym Galileusza, Johannesa Keplera, Isaaca Newtona i Alberta Einsteina.
satelity na orbicie są rutynowo używane do komunikacji, obrazowania i nawigacji – jednak wiele osób nie rozumie, jak te satelity pozostają w kosmosie.
chodzenie na boki
powszechnym błędem dotyczącym podróży kosmicznych i nieważkości jest to, że wynikają one z braku grawitacji. Podczas gdy przyciąganie grawitacyjne z ziemi maleje, gdy ktoś idzie dalej w Przestrzeń Kosmiczną, nigdy nie znika całkowicie. Puścić piłkę 100.000 km nad ziemią i stopniowo spada.
jak satelity i księżyce powstrzymują się przed rozbiciem? Idąc bokiem.
Newton może nie był zabawny na imprezach, ale mógł stworzyć eksperyment myślowy. Aby zilustrować ruch satelitów, stworzył działo Newtona.
Kiedy strzelasz z działa poziomo na Ziemi, kula działa idzie na pewną odległość, gdy spada na ziemię. Ogień kula armaty szybciej z armaty i będzie podróżować dalej wokół Ziemi przed upaść.
Co by było, gdybyś mógł wystrzelić kulę armatnią z niewiarygodną prędkością 8 kilometrów na sekundę? Kula armatnia podążała za krzywizną Ziemi, była ciągnięta w kierunku ziemi przez grawitację, ale nigdy nie docierała do ziemi.
przynajmniej w eksperymencie myślowym Newtona, bez oporu powietrza i magicznie potężnego działa.
wspinanie się w górę
działo Newtona pozostaje eksperymentem myślowym, ale w XX wieku w końcu stało się możliwe podróżowanie z prędkością 8 kilometrów na sekundę. Nie działami, ale rakietami.
oprócz tego, że rakieta jest wygodniejsza niż działo, może podróżować ponad 100 kilometrów wysokości, a następnie przyspieszać do 8 kilometrów na sekundę w pustce przestrzeni. Przy tej prędkości okrążenie kuli ziemskiej zajmuje zaledwie 90 minut.
Po wejściu na orbitę silniki rakietowe można wyłączyć, a statek kosmiczny może wylądować wokół Ziemi. To mit sci-fi, że statki kosmiczne spadają z orbity, gdy ich silniki są wyłączone.
atmosfera ziemska na wysokościach od 100 do 1000 kilometrów jest wyjątkowo cienka, więc przeciągnięcie statku kosmicznego na Ziemię zajmuje od dni do lat.
Jeśli jesteś wewnątrz statku kosmicznego, wysoko nad światem, grawitacja przyciągnie Ciebie i twój statek kosmiczny, a jednak będziesz nieważki.
nieważkość dzieje się wtedy, gdy jesteś ciągnięty swobodnie przez grawitację, bez oporu (z powierzchni lub z powietrza). Nieważkość może być nawet Odczuwalna bez poruszania się 8 kilometrów na sekundę, na szczycie skoku lub na początku nurkowania.
idąc wyżej
Co się stanie, jeśli odpalisz rakiety, przyspieszając do prędkości 10 kilometrów na sekundę? Zamiast podążać za krzywizną Ziemi, twój statek kosmiczny podąży ścieżką, która zabierze go daleko od Ziemi.
gdy twój statek kosmiczny odciągnie się od Ziemi, zacznie zwalniać, zarówno w pionie, jak i w poziomie (ze względu na zachowanie momentu pędu). W końcu osiągnie szczytową wysokość (apogeum) i spadnie z powrotem w kierunku Ziemi, przyspieszając tak jak to robi.
proces odwraca się, a statek nabiera prędkości, aż osiągnie minimalną wysokość (perygeum). Proces ten powtarza się, a statek kosmiczny śledzi elipsę wokół Ziemi.
Co się stanie, jeśli odpalisz ponownie rakiety, przyspieszając do prędkości 11 kilometrów na sekundę? Teraz robi się ciekawie.
twój statek kosmiczny odleci od Ziemi i zostanie spowolniony przez grawitację, ale przyciąganie grawitacyjne Ziemi spada tak szybko, że nigdy nie zatrzyma cię całkowicie. Twój statek opuści okolice ziemi, aby wędrować przez nasz układ słoneczny.
Staying still
podczas gdy niektóre satelity wirują dookoła świata w 90 minut, inne wydają się wcale nie poruszać. Satelity pogodowe i telewizyjne zdają się unosić nad równikiem.
satelity te znajdują się na orbitach geostacjonarnych. Gdy jeden okrąża dalej od Ziemi, prędkość wymagana do pozostania na orbicie maleje, a czas potrzebny na ukończenie orbity wzrasta.
na wysokości prawie 36 000 km Orbita okrąża Ziemię w ciągu całego dnia. Gdy Ziemia obraca się wokół własnej osi raz dziennie, satelity te pojawiają się na miejscu z naszej (wirującej) perspektywy związanej z ziemią.
idź jeszcze dalej od Ziemi, a orbity trwają jeszcze dłużej. Księżyc jest naturalnym satelitą oddalonym o 384 000 km od Ziemi i zajmuje nieco ponad 27 dni, aby ukończyć jedną orbitę. Mimo że Księżyc przemieszcza się kilometr co sekundę w kierunku wschodnim, na wirującej Ziemi księżyc wschodzi na wschodzie i zachodzi na zachodzie.
przechodząc obok
możemy zobaczyć satelity przelatujące nad nami przed świtem i po zmierzchu, ponieważ odbijają światło słoneczne w naszą stronę.
niektóre satelity podążają za rotacją ziemi i przemieszczają się z zachodu na wschód. Inne mają orbity przejmujące je nad biegunami i podróżują z północy na południe lub z południa na północ.
wybierz odpowiednią noc, a zobaczysz masywną, ale nieważką Międzynarodową Stację Kosmiczną, która okrąża glob.
Po cichu satelity przechodzą nad horyzontem, zajmując kilka minut podróż z horyzontu do horyzontu. Dla nas ich przejście wydaje się dość spokojne, mimo że przemierzają wiele kilometrów na sekundę na wysokości setek kilometrów.