av Michael J. I. Brown , samtalet
ta en titt på månen och det är inte svårt att föreställa sig det som en planet. En boll av sten på 3 476 kilometer i diameter, med basaltslätter och bergskedjor, vars gravitationskraft producerar tidvatten här på jorden.
trots sin stora massa och gravitationskraft gör månen ett utmärkt jobb att inte falla till jorden. Varför? Eftersom månen är i omlopp.begreppen gravitation och banor har utvecklats under århundraden av legendariska vetenskapsfigurer, inklusive Galileo Galilei, Johannes Kepler, Isaac Newton och Albert Einstein.
satelliter i omlopp används rutinmässigt för kommunikation, bildbehandling och navigering – men många förstår inte hur dessa satelliter förblir i rymden.
att gå i sidled
en vanlig missuppfattning om rymdresor och viktlöshet är att de är resultatet av en frånvaro av gravitation. Medan gravitationen från jorden minskar när man går längre ut i rymden, försvinner den aldrig helt. Släpp en boll 100 000 km över jorden och den faller gradvis.
hur stoppar satelliter och månar sig från att krascha ner? Genom att gå i sidled.
Newton kanske inte har varit kul på fester, men han kunde skapa ett sprickbildning tankeexperiment. För att illustrera satelliternas rörelse skapade han Newtons kanon.
När du skjuter en kanon horisontellt på jorden går kanonkulan lite avstånd när den faller till marken. Avfyra kanonkulan snabbare ur kanonen och den kommer att resa längre runt jorden innan den kraschar.
Tänk om du kunde skjuta kanonkulan med en otrolig hastighet på 8 kilometer per sekund? Kanonkulan skulle följa jordens krökning och dras mot jorden av tyngdkraften men når aldrig marken.
åtminstone skulle det i Newtons tankeexperiment, utan luftmotstånd och en magiskt kraftfull kanon.
att gå upp
Newtons kanon är fortfarande ett tankeexperiment men i 20-talet blev det äntligen möjligt att resa med hastigheter på 8 kilometer per sekund. Inte med kanoner, utan med raketer.
förutom att vara bekvämare än en kanon, kan en raket resa över 100 kilometer höjd och sedan accelerera till 8 kilometer per sekund i rymdens tomhet. Vid den hastigheten tar det bara 90 minuter att kringgå världen.
en gång i omlopp kan raketmotorerna stängas av och en rymdfarkost kan Kusta runt jorden. Det är en sci-fi-myt att rymdfarkoster störtar från omloppsbana när deras motorer är avstängda.jordens atmosfär på höjder mellan 100 och 1000 kilometer är exceptionellt tunn, så det tar allt från dagar till år för ett rymdskepp att dras tillbaka till jorden.
Om du är inne i ett rymdskepp, högt över världen, kommer tyngdkraften att dra på dig och ditt rymdskepp, och ändå skulle du vara viktlös.
viktlöshet händer när du dras fritt av tyngdkraften, utan motstånd (från en yta eller luften). Tyngdlöshet kan till och med kännas utan att gå 8 kilometer per sekund, högst upp i ett hopp eller början på ett dyk.
går högre
Vad händer om du skjuter upp raketerna och accelererar till en hastighet av 10 kilometer per sekund? Istället för att följa jordens krökning kommer ditt rymdskepp att följa en väg som tar den långt ifrån jorden.
När ditt rymdskepp drar sig bort från jorden börjar det sakta ner, både vertikalt och horisontellt (på grund av bevarande av vinkelmomentet). Så småningom kommer den att nå en topphöjd (apogee) och falla tillbaka mot jorden och accelerera som den gör.
processen vänder nu, med rymdfarkosten som tar fart tills den når en minsta höjd (perigee). Processen upprepas sedan, med rymdfarkosten som spårar en ellips runt jorden.
vad händer om du skjuter upp raketerna igen och accelererar till en hastighet av 11 kilometer per sekund? Nu blir saker intressanta.
din rymdfarkost kommer att resa bort från jorden och bromsas av tyngdkraften, men jordens gravitationskraft sjunker så snabbt att det aldrig kommer att stoppa dig helt. Din rymdfarkost kommer att lämna närheten av jorden, att vandra genom vårt solsystem.
stannar fortfarande
medan vissa satelliter whiz runt om i världen i 90 minuter, andra verkar inte röra sig alls. Väder-och TV-satelliter verkar sväva över ekvatorn.
dessa satelliter är i geostationära banor. När man kretsar längre från jorden minskar hastigheten som krävs för att stanna i omlopp och tiden som krävs för att slutföra en bana ökar.
vid nästan 36 000 km Höjd tar en bana en hel dag för att cirkla jorden. När jorden snurrar på sin axel en gång om dagen verkar dessa satelliter fixerade på plats från vårt (snurrande) jordbundna perspektiv.
gå ännu längre från jorden och banor tar ännu längre tid. Månen är en naturlig satellit 384 000 km från jorden och tar drygt 27 dagar att slutföra en enda omlopp. Även om månen färdas en kilometer varje sekund mot öster, på den snurrande jorden månen stiger i öster och sätter i väster.
passerar förbi
vi kan faktiskt se satelliter som passerar över huvudet före gryningen och efter skymningen, eftersom de reflekterar solljus ner mot oss.
vissa satelliter följer jordens rotation och flyttar från väst till öst. Andra har banor som tar dem över polerna och reser norrut till söder eller söder till norr.
Välj rätt natt och du kommer att se den massiva men viktlösa Internationella rymdstationen när den cirklar världen.tyst passerar satelliterna över huvudet och tar några minuter att resa från horisont till Horisont. För oss verkar deras passage ganska lugn, även om de reser många kilometer varje sekund på höjder av hundratals kilometer.