كيف تدور الاقمار الصناعية حول الارض وكيف تبقى في الفضاء، حول الأقمار الصناعية حول الأرض، القمر الصناعي هو قمر أو كوكب أو آلة تدور حول كوكب أو نجم، على سبيل المثال، تعتبر الأرض قمرًا صناعيًا لأنها تدور حول الشمس، وبالمثل فالقمر قمر صناعي لأنه يدور حول الأرض، وعادة ما تشير كلمة “قمر صناعي” إلى آلة يتم إطلاقها في الفضاء وتتحرك حول الأرض أو أي جسم آخر في الفضاء، وبالطبع تكون قد قابلت بعض المواقع التي تبدأ بالعنوان شاهد منزلك من القمر الصناعي بشكل واضح ودقيق للغاية مما يساعدك على اكتشاف موقع منزلك.
الأقمار الصناعية حول الأرض
الأرض والقمر مثالان على الأقمار الصناعية الطبيعية. الآلاف من الأقمار الصناعية من صنع الإنسان سوف تدور حول الأرض.
يلتقط البعض صورًا للكوكب ، مما يساعد علماء الأرصاد الجوية على التنبؤ بالطقس وتتبع الأعاصير ، والبعض الآخر يلتقط صورًا لكواكب أخرى ، أو الشمس ، أو الثقوب السوداء ، أو المادة المظلمة ، أو المجرات البعيدة.
كيف تدور الأقمار الصناعية حول الأرض
فكر فيما يحدث عندما ترمي الكرة. تخيل أنك تقف في ميدان كبير وترمي كرة بيسبول بقدر ما تستطيع. مثل كرة الرامي ، قد تتحرك الكرة حوالي 100 قدم (30 مترًا) وتضرب الأرض ، والتي من خلالها ستضع الكرة في المدار ، مع العلم أن مدار الكرة قصير جدًا!
الشيء الوحيد الذي يلهم هذا المثال هو مقاومة الهواء ، لذا تخيل أنك تأخذ هذا المدفع إلى القمر وركوبه على قمة أعلى جبل.
وأن القمر ليس له غلاف جوي وأنه محاط تمامًا بفراغ الفضاء ، فإذا قمت بضبط سرعة المقذوف بشكل صحيح وأطلقت المدفع ، فإن المقذوفة ستتبع منحنى القمر بشكل مثالي.
منه سينخفض بنفس معدل سقوط منحنى القمر بعيدًا عنه ، لذلك لن يضرب الأرض أبدًا ، وفي النهاية ، سوف ينحني على طول الطريق حول القمر ويصطدم مباشرة في المدفع الخلفي ، على سطح القمر .
ويمكن أن يكون لديك بالفعل أقمار صناعية في مدارات منخفضة جدًا من هذا القبيل ، والتي قد تكون على بعد ميل أو ميلين فقط من الأرض لتجنب الجبال ، وهذا هو سبب وجود العديد من أنواع مدارات الأقمار الصناعية من حولنا.
لفهم كيفية دوران القمر الصناعي حول الأرض ، من المهم أن نفهم ما يستلزمه المدار. كان يوهان كبلر أول من وصف بدقة الشكل الرياضي لمدارات الكواكب.
بينما كان يُعتقد أن مدارات الكواكب حول الشمس والقمر حول الأرض دائرية تمامًا ، تعثر كبلر في هذا المفهوم.
لكي يظل الجسم في مدار حول الأرض ، يجب أن يكون لديه سرعة كافية لمتابعة مساره ، وهذا صحيح بالنسبة للقمر الصناعي الطبيعي كما هو الحال بالنسبة للقمر الصناعي.
من اكتشاف كبلر ، تمكن العلماء أيضًا من استنتاج أنه كلما اقترب القمر الصناعي من الجسم ، زادت قوة الجذب ، وبالتالي يجب أن يسافر بشكل أسرع من أجل الحفاظ على المدار.
مفاهيم الجاذبية والمداري
تم تطوير مفاهيم الجاذبية والمدارات على مدى قرون من قبل شخصيات أسطورية في العلوم ، بما في ذلك جاليليو جاليلي ويوهانس كيبلر وإسحاق نيوتن وألبرت أينشتاين.
ومن ثم ، تُستخدم الأقمار الصناعية التي تدور في المدار بشكل روتيني للاتصالات والتصوير والملاحة ، ومع ذلك لا يفهم الكثير من الناس كيف تبقى هذه الأقمار الصناعية في الفضاء:
اذهب جانبية
من المفاهيم الخاطئة الشائعة حول السفر إلى الفضاء وانعدام الوزن أنه ناجم عن غياب الجاذبية. بينما يتناقص سحب الجاذبية من الأرض كلما توغل المرء في الفضاء ، فإنه لا يختفي تمامًا أبدًا. إنه مثل ترك كرة على ارتفاع 100000 كيلومتر فوق الأرض ثم تركها تسقط تدريجياً.
كيف تمنع الأقمار الصناعية والأقمار الصناعية نفسها من الانهيار أو السقوط؟
بالانتقال إلى الجانب ، كان نيوتن قادرًا على إنشاء تجربة فكرية متصدعة ، لتوضيح حركة الأقمار الصناعية ، من خلال اختراع مدفع.
عندما تطلق مدفعًا أفقيًا على الأرض ، فإن كرة المدفع تقطع مسافة معينة عندما تسقط على الأرض ، ويتم إطلاق قذيفة المدفع أيضًا أسرع من المدفع ومنه ستتحرك أكثر حول الأرض قبل أن تتحطم ، و ثم سأل نيوتن نفسه سؤالاً ، واستطاع أن يجيب من خلال التجربة:
ماذا لو تمكنت من إطلاق قذيفة المدفع بسرعة لا تصدق ، 8 كيلومترات في الثانية؟
لاحظ أن قذيفة المدفع ستتبع انحناء الأرض ، ويتم سحبها نحو الأرض عن طريق الجاذبية ولكنها لا تصل إلى الأرض أبدًا.
وسيكون ذلك في تجربة نيوتن الفكرية ، مع عدم وجود مقاومة للهواء ومدفع قوي سحريًا.
اذهب الى القمة
عندما تتحرك المركبة الفضائية بعيدًا عن الأرض ، ستبدأ في التباطؤ ، رأسياً وأفقياً (بسبب الحفاظ على الزخم الزاوي) ، وستصل في النهاية إلى ذروة الارتفاع وتعود نحو الأرض.
تنعكس العملية الآن ، حيث تلتقط المركبة الفضائية سرعتها حتى تصل إلى أدنى ارتفاع لها (الحضيض الشمسي) ، وتتكرر العملية بعد ذلك ، حيث ترسم المركبة الفضائية قطعًا بيضاويًا حول الأرض.
اثبت مكانك
بينما تطير بعض الأقمار الصناعية حول العالم في 90 دقيقة ، لا يبدو أن البعض الآخر يتحرك على الإطلاق ، يبدو أن الأقمار الصناعية الخاصة بالطقس والتلفزيون تحوم فوق خط الاستواء.
هذه الأقمار الصناعية في مدارات ثابتة بالنسبة للأرض ، عندما يدور أحدها عن الأرض ، ستنخفض السرعة المطلوبة للبقاء في المدار وسيزداد الوقت اللازم لإكمال المدار.
يمر
يمكننا في الواقع رؤية أقمار صناعية تمر عبر السماء قبل الفجر وبعد الغسق ، لأنها تعكس ضوء الشمس. تتبع بعض الأقمار الصناعية دوران الأرض وتتحرك من الغرب إلى الشرق ، وأخرى لها مدارات تأخذها فوق القطبين ، وتنتقل من الشمال إلى الجنوب أو من الجنوب إلى الشمال.
وخلاصة القول إن الأقمار الصناعية تمر بصمت في السماء ، وتستغرق بضع دقائق لتنتقل من أفق إلى أفق ، وبالنسبة لنا يبدو مرورها هادئًا تمامًا ، رغم أنها تسافر عدة كيلومترات كل ثانية على ارتفاعات مئات الكيلومترات.
كيف تبقى الأقمار الصناعية في الفضاء
لا شك أن القمر الصناعي هو أعجوبة التكنولوجيا والهندسة الحديثة ، والشيء الوحيد الذي يمكن مقارنته بهذا الإنجاز من الناحية التكنولوجية هو المعرفة العلمية التي تدخل في موضع واحد في مدار حول الأرض وتبقى منه مدى الحياة.
عليك أن تفكر في ما يحتاج العلماء إلى فهمه لتحقيق هذا الاستقرار في الفضاء ، ومن ثم يأتي فهم الجاذبية نفسها.
كل الأجسام لها مجال جاذبية خاص بها ، ولكن فقط في حالة الأجسام الكبيرة بشكل خاص (مثل الكواكب) يتم الشعور بهذه القوة.
في حالة الأرض ، تم حساب قوة الجاذبية على أنها 9.8 م / ث 2 ، ومع ذلك ، فهذه حالة محددة على سطح الكوكب ، عند حساب الأجسام في مدار حول الأرض.
قد تنطبق الصيغة v = (GM / R) 1/2 ، حيث v هي سرعة القمر الصناعي ، و G هي ثابت الجاذبية ، و M هي كتلة الكوكب ، و R هي المسافة من مركز الأرض.
واستنادًا إلى هذه الصيغة ، يمكننا أن نرى أن السرعة المطلوبة للمدار تساوي الجذر التربيعي للمسافة من الجسم إلى مركز الأرض مضروبًا في عجلة الجاذبية على تلك المسافة.
لذلك إذا أردنا وضع قمر صناعي في مدار دائري على ارتفاع 500 كم فوق السطح (ما يسميه العلماء LEO) ، فسنحتاج إلى سرعة ((6.67 × 10-11 * 6.0 × 1024) / (6900000)) 1/2 أو 7615.77 م / ث.
نستنتج من هذا أنه كلما ارتفع الارتفاع ، قلت السرعة اللازمة للحفاظ على المدار.
لذا ، فإن قدرة القمر الصناعي على الحفاظ على مداره تنخفض إلى توازن بين عاملين: سرعته (أو السرعة التي يتحرك بها في خط مستقيم) ، وجاذبية الجاذبية بين القمر الصناعي والكوكب الذي يدور حوله.
ختاما لمقالنا الذي تناول الحديث حول الأقمار الصناعية كلما زاد المدار، قلت السرعة المطلوبة، وكلما اقترب المدار، يجب أن يتحرك بشكل أسرع للتأكد من عدم عودته إلى الأرض.