Co to jest satelita?

Światowy Tydzień Kosmiczny 2020 będzie świętował wpływ satelitów na ludzkość od 4 do 10 października. Dowiedz się, jak świętować tutaj i sprawdź zapoznaj się z historią satelitów poniżej!

Satelita to obiekt w przestrzeni, który krąży lub krąży wokół większego obiektu. Istnieją dwa rodzaje satelitów: naturalne (takie jak księżyc krążący wokół Ziemi) lub sztuczne (takie jak Międzynarodowa Stacja Kosmiczna orbitująca wokół Ziemi).

W Układzie Słonecznym są dziesiątki naturalnych satelitów , gdzie prawie każda planeta ma co najmniej jeden księżyc. Na przykład Saturn ma co najmniej 53 naturalne satelity, a między 2004 a 2017 rokiem miał również sztucznego – sondę Cassini, która badała pierścieniową planetę i jej księżyce.

Jednak sztuczne satelity urzeczywistniły się dopiero w połowie XX wieku. Pierwszym sztucznym satelitą był Sputnik, rosyjska sonda kosmiczna wielkości piłki plażowej, która wystartowała 4 października 1957 roku. Ten akt zszokował większość zachodniego świata, ponieważ uważano, że Sowieci nie mają możliwości wysyłania satelitów na kosmos.

Krótka historia sztucznych satelitów

Po tym wyczynie, 3 listopada 1957 roku, Sowieci wystrzelili jeszcze bardziej masywny satelita – Sputnik 2 – który niósł psa Laika. Pierwszym satelitą Stanów Zjednoczonych był Explorer 1 31 stycznia 1958 roku. Satelita miał tylko 2 procent masy Sputnika 2, jednak ważył 30 funtów (13 kg).

Sputniki i Explorer 1 stały się początkowymi ujęciami wyścigu kosmicznego między Stanami Zjednoczonymi a Związkiem Radzieckim, który trwał co najmniej do późnych lat 60. Skupienie się na satelitach jako narzędziach politycznych zaczęło ustępować ludziom, gdy oba kraje wysyłały ludzi w kosmos w 1961 roku. Jednak później, w ciągu dekady, cele obu krajów zaczęły się rozdzielać. Podczas gdy Stany Zjednoczone wylądowały na Księżycu i stworzyły prom kosmiczny, Związek Radziecki zbudował pierwszą na świecie stację kosmiczną , Salut 1, który został uruchomiony w 1971 r. (Po nim pojawiły się inne stacje, takie jak Stany Zjednoczone „Skylab and the Soviet Union” s Mir.)

Inne kraje zaczęły wysyłać własne satelity w kosmos, gdy korzyści rozchodziły się przez społeczeństwo. Satelity pogodowe poprawiły prognozy, nawet dla odległych obszarów. Satelity obserwujące ląd, takie jak seria Landsat, śledziły zmiany w lasach, wodzie i innych częściach powierzchni Ziemi w czasie. Satelity telekomunikacyjne wykonywały dalekosiężne rozmowy telefoniczne, a ostatecznie transmisje telewizyjne na żywo z całego świata były normalną częścią życia. Późniejsze pokolenia pomogły w połączeniach internetowych.

Dzięki miniaturyzacji komputerów i innego sprzętu możliwe jest teraz wysyłanie znacznie mniejszych satelitów, które mogą wykonywać na orbicie naukę, telekomunikację lub inne funkcje. Firmy i uniwersytety często tworzą obecnie „CubeSaty”, czyli satelity w kształcie sześcianu, które często zasiedlają niską orbitę okołoziemską.

Można je umieścić na rakiecie razem z większym ładunkiem lub wysłać z mobilnej wyrzutni na Międzynarodowej Stacji Kosmicznej (ISS). NASA rozważa obecnie wysłanie CubeSatów na Marsa lub na księżyc Europa (w pobliżu Jowisza) do przyszłych misji, chociaż CubeSaty nie są zatwierdzone do włączenia.

ISS to największy satelita na orbicie, którego budowa zajęła ponad dekadę. Kawałek po kawałku 15 krajów wniosło infrastrukturę finansową i fizyczną do kompleksu orbitującego, który powstał w latach 1998–2011. Urzędnicy programowi oczekują, że ISS będzie działać co najmniej do 2024 r.

Części satelity

Każdy użyteczny sztuczny satelita – czy to człowiek, czy robot – ma cztery główne części: system zasilania (który może być słoneczny lub na przykład jądro), sposób kontrolowania jego położenia, antena do przesyłania i odbierania informacji oraz ładunek użytkowy do zbierania informacji (taki jak kamera lub detektor cząstek).

Jak widać poniżej, Jednak nie wszystkie sztuczne satelity są koniecznie sprawne. Nawet śruba lub odrobina farby jest uważana za „sztucznego” satelitę, mimo że brakuje tych części.

Co powstrzymuje satelitę przed spadnięciem na Ziemię ?

Satelita najlepiej jest rozumieć jako pocisk lub obiekt, na który działa tylko jedna siła – grawitacja. W przestrzeni kosmicznej rozpatruje się wszystko, co przekracza Linię Karmana na wysokości 100 kilometrów (62 mil). Jednak satelita musi poruszać się szybko – co najmniej 8 km (5 mil) na sekundę – aby zatrzymać natychmiastowy upadek na Ziemię.

Jeśli satelita podróżuje wystarczająco szybko, będzie nieustannie „opadać” w kierunku Ziemi, ale krzywizna Ziemi oznacza, że satelita będzie spadał wokół naszej planety, zamiast rozbijać się z powrotem na powierzchni. Satelity podróżujące bliżej Ziemi są narażone na ryzyko upadku, ponieważ opór cząsteczek atmosferycznych spowolni satelity. Te, które krążą dalej od Ziemi, mają mniej cząsteczek, z którymi mogą się zmagać.

Istnieje kilka akceptowanych „stref” orbit Dookoła Ziemi. Jedna to niska orbita okołoziemska, która rozciąga się od około 160 do 2000 km (około 100 do 1250 mil). Jest to strefa, w której orbituje ISS i gdzie prom kosmiczny wykonywał swoją pracę. W rzeczywistości , wszystkie ludzkie misje poza lotami Apollo na Księżyc odbywały się w tej strefie. Większość satelitów również działa w tej strefie.

Orbita geostacjonarna lub geosynchroniczna jest jednak najlepszym miejscem dla satelitów komunikacyjnych. to strefa nad równikiem Ziemi na wysokości 35 786 km (22 236 mil ). Na tej wysokości prędkość „opadania” wokół Ziemi jest mniej więcej taka sama, jak prędkość obrotu Ziemi, co pozwala satelicie na prawie stałe pozostawanie nad tym samym miejscem na Ziemi. W ten sposób satelita utrzymuje stałe połączenie ze stałą anteną na ziemi, umożliwiając niezawodną komunikację. Kiedy satelity geostacjonarne zbliżają się do końca swojego życia, protokół mówi, że „usunęły się z drogi, aby ich miejsce zajął nowy satelita. Dzieje się tak dlatego, że na tej orbicie jest tylko tyle miejsca, czyli tyle „szczelin”, aby satelity mogły działać bez zakłóceń.

Podczas gdy niektórych satelitów najlepiej używać w pobliżu równika, inne są lepsze nadaje się do orbit bardziej polarnych – takich, które krążą wokół Ziemi od bieguna do bieguna, tak że ich strefy pokrycia obejmują bieguny północne i południowe. Przykłady satelitów orbitujących na biegunach obejmują satelity pogodowe i satelity rozpoznawcze.

Co powstrzymuje satelitę przed zderzeniem z innym satelitą?

Obecnie na orbicie okołoziemskiej znajduje się około pół miliona sztucznych obiektów, od wielkości plamek farby po pełnowartościowe tellity – każdy podróżujący z prędkością tysięcy mil na godzinę. Tylko ułamek tych satelitów nadaje się do użytku, co oznacza, że wokół unosi się dużo „kosmicznego śmieci”. W przypadku wszystkiego, co jest wrzucane na orbitę, zwiększa się szansa na zderzenie.

Agencje kosmiczne muszą dokładnie rozważyć trajektorie orbity podczas wystrzeliwania czegoś w kosmos. Agencje, takie jak United States Space Surveillance Network, obserwują odłamki orbitalne z ziemi i ostrzegają NASA i inne podmioty, jeśli błędny element może uderzyć w coś istotnego. Oznacza to, że od czasu do czasu ISS musi wykonywać manewry omijające, aby zejść z drogi.

Jednak nadal zdarzają się kolizje. Jednym z największych winowajców kosmicznych śmieci były pozostałości po testach antysatelitarnych z 2007 roku przeprowadzonych przez Chińczyków, które wygenerowały gruz, który zniszczył rosyjskiego satelitę w 2013 roku. Również w tym samym roku satelity Iridium 33 i Cosmos 2251 zderzyły się ze sobą, generowanie chmury śmieci.

NASA, Europejska Agencja Kosmiczna i wiele innych podmiotów rozważa środki mające na celu zmniejszenie ilości śmieci na orbicie. Niektórzy sugerują, aby w jakiś sposób zestrzelić martwe satelity, być może za pomocą sieci lub wybuchów powietrza, aby wytrącić gruz z orbity i zbliżyć go do Ziemi. Inni myślą o tankowaniu martwych satelitów do ponownego wykorzystania, technologii, która została zautomatyzowana zademonstrowana na ISS.

Księżyce dookoła innych światów

Większość planet w naszym Układzie Słonecznym ma naturalne satelity, które nazywamy także księżycami. Dla planet wewnętrznych: Merkury i Wenus nie mają księżyców. Ziemia ma jeden stosunkowo duży księżyc, podczas gdy Mars ma dwa małe księżyce wielkości asteroid, zwane Fobos i Deimos. (Fobos powoli unosi się spiralnie na Marsa i prawdopodobnie rozpadnie się lub spadnie na powierzchnię za kilka tysięcy lat.)

Za pasem asteroid znajdują się cztery gazowe olbrzymy, z których każda ma panteon księżyców. Pod koniec 2017 roku Jowisz ma 69 znanych księżyców, Saturn – 53, Uran – 27, a Neptun – 13 lub 14. Od czasu do czasu odkrywane są nowe księżyce – głównie poprzez misje (przeszłe lub obecne, jak możemy analizować stare zdjęcia) lub wykonując świeże obserwacje przez teleskop.

Saturn jest szczególnym przykładem, ponieważ jest otoczony tysiącami małych obiektów, które tworzą pierścień widoczny nawet w małych teleskopach z Ziemi. Naukowcy obserwujący pierścienie z bliska przez 13 lat podczas misji Cassini, dostrzegli warunki, w których mogą narodzić się nowe księżyce.Naukowców szczególnie interesowały śmigła, które budzą się w pierścieniach utworzonych przez fragmenty pierścieni. Zaraz po zakończeniu misji Cassini w 2017 roku NASA stwierdziła, że „możliwe jest, że śmigła mają wspólne elementy formowania się planet wokół dysków gazowych młodych gwiazd”.

Jednak nawet mniejsze obiekty mają księżyce. Pluton jest z technicznego punktu widzenia planeta karłowata. Jednak ludzie stojący za misją New Horizons, która przeleciała obok Plutona w 2015 roku, twierdzą, że jej zróżnicowana geografia sprawia, że jest ona bardziej podobna do planety. Jedną rzeczą, która nie jest sprzeczna, jest liczba księżyców wokół Plutona . Pluton ma pięć znanych księżyców, z których większość została odkryta, gdy Nowe Horyzonty były w trakcie opracowywania lub w drodze na planetę karłowatą.

Wiele asteroid ma również księżyce. Te małe światy czasami latają blisko Ziemi, a księżyce wyskakują podczas obserwacji za pomocą radaru. Kilka znanych przykładów asteroid z księżycami to 4 Westa (odwiedzona przez misję NASA Dawn), 243 Ida, 433 Eros i 951 Gaspra. Istnieją również przykłady asteroid z pierścieniami, takie jak 10199 Chariklo i 2060 Chiron.

Wiele planet i światów w naszym Układzie Słonecznym ma również „księżyce” stworzone przez człowieka, szczególnie wokół Marsa – gdzie kilka sond okrąża planetę, wykonując obserwacje jej powierzchni i środowiska. Planety Merkury, Wenus, Mars , Jowisz i Saturn miały sztuczne satelity obserwujące je w pewnym momencie historii. Inne obiekty również miały sztuczne satelity, takie jak Kometa 67P / Czuryumow-Gierasimienko (odwiedzona przez misję Rosetta Europejskiej Agencji Kosmicznej) lub Westa i Ceres (oba odwiedzane przez misję Dawn NASA). Technicznie rzecz biorąc, podczas misji Apollo ludzie latali w sztucznych „księżycach” (statkach kosmicznych) wokół naszego własnego księżyca w latach 1968-1972. NASA może nawet zbudować stację kosmiczną „Deep Space Gateway” w pobliżu księżyc w nadchodzących dziesięcioleciach, jako a la Punkt przełomowy dla ludzkich misji na Marsa.

Fani filmu „Avatar” (2009) pamiętają, że ludzie odwiedzili Pandorę, nadający się do zamieszkania księżyc gazowego olbrzyma o imieniu Polifem. Nie wiemy jeszcze, czy istnieją księżyce dla egzoplanet, ale podejrzewamy – biorąc pod uwagę, że planety Układu Słonecznego mają tak wiele księżyców – że egzoplanety również mają księżyce. W 2014 roku naukowcy dokonali obserwacji obiektu, który można zinterpretować jako egzoksiężyc okrążający egzoplanetę, ale obserwacji nie można powtórzyć, ponieważ miała ona miejsce, gdy obiekt poruszał się przed gwiazdą.