مدار زمین: راهی که ماهوارهها دور سیارهی ما میگردند
دو شکل اصلی مدار: دایرهای و بیضیوار
مدارهای زمین به دو شکل کلی دیده میشوند: دایرهای و بیضیوار. در مدار دایرهای، فاصلهی ماهواره از مرکز زمین همیشه یکسان میماند، مانند چرخفلکی که به اندازهی یکسان از مرکز خود دور است. اما در مدار بیضیوار، این فاصله تغییر میکند؛ گاهی ماهواره به زمین نزدیکتر میشود (نزدیکگاه) و گاهی دورتر (دورگاه). بیشتر ماهوارههای هواشناسی و مخابراتی از مدار دایرهای در ارتفاع حدود ۳۵۷۸۶ کیلومتری استفاده میکنند تا همیشه بالای یک نقطه از زمین بمانند. به این مدار، «مدار زمینآهنگ» میگویند.
مدارهای بیضیوار نیز برای کارهای ویژهای به کار میروند؛ مثلاً ماهوارههایی که قطبهای زمین را بررسی میکنند، از این مدارها سود میبرند تا بتوانند نواحی شمالی و جنوبی را بهتر ببینند.
مدار در زندگی روزانهی ما چه نقشی دارد؟
شاید باور نکنید، اما هر روز از مدارها استفاده میکنیم! وقتی با گوشی همراه نقشهی مسیر را باز میکنید، ماهوارههای مدار پایین زمین (که حدود ۴۰۰ تا ۲۰۰۰ کیلومتر ارتفاع دارند) جای شما را مشخص میکنند. همچنین تماشای برنامههای تلویزیونی از طریق ماهواره و پیشبینی آب و هوا برای فردای مدرسه، همه و همه به مدار وابسته هستند. حتی اینترنت ماهوارهای که در برخی مناطق دورافتاده استفاده میشود، از طریق همین مسیرهای مداری به زمین میرسد. پس مدار زمین فقط یک مفهوم علمی نیست؛ بلکه بخشی از کارهای روزمرهی ماست.
برای بهتر دیدن تفاوت دو مدار مهم، به جدول زیر نگاه کنید:
| ویژگی | مدار پایین (نزدیک) | مدار زمینآهنگ (دور) |
|---|---|---|
| ارتفاع از سطح زمین | حدود ۴۰۰ تا ۲۰۰۰ کیلومتر | حدود ۳۵۷۸۶ کیلومتر |
| زمان یک دور کامل | حدود ۹۰ دقیقه | دقیقاً ۲۴ ساعت |
| کاربرد اصلی | نقشهها، عکسبرداری، اینترنت | تلویزیون، آبوهوا، مخابرات |
سه پرسش چالشبرانگیز دربارهی مدار
پرسش ۱: چرا ماهواره از مدار خود پایین نمیافتد؟
پاسخ: چون ماهواره همزمان دو کار انجام میدهد: هم به سمت زمین کشیده میشود (نیروی جاذبه) و هم با سرعت زیادی به جلو میرود. این دو نیرو باعث میشوند ماهواره در یک مسیر بسته دور زمین بچرخد، درست مانند سنگی که با نخ میچرخانید و رها نمیشود.
پرسش ۲: آیا مدارها همیشه دایرهای هستند؟
پاسخ: نه، بسیاری از مدارها بیضیوار هستند. مثلاً مدار برخی ماهوارههای علمی که میخواهند نقاط مختلف زمین را با فاصلههای گوناگون بررسی کنند، به شکل بیضی در میآید. حتی خود زمین هم به دور خورشید در یک مدار بیضیوار میچرخد.
پرسش ۳: اگر ماهواره خیلی آهسته یا خیلی تند حرکت کند، چه میشود؟
پاسخ: اگر سرعت ماهواره کم باشد، جاذبه آن را به زمین میکشد و سقوط میکند. اگر سرعت خیلی زیاد باشد، از جاذبه زمین فرار کرده و به فضاهای دورتر میرود. برای ماندن در مدار، سرعت باید دقیقاً همان اندازهای باشد که جاذبه و نیروی گریز از مرکز با هم برابر شوند.
مدار زمین یکی از مهمترین مفاهیم فضایی است که هر روز بدون آنکه متوجه شویم، از آن استفاده میکنیم. فرقی نمیکند مدار دایرهای باشد یا بیضیوار؛ در هر دو صورت، ماهوارهها با رعایت تعادل میان سرعت و جاذبه، پیامها، تصاویر و اطلاعات را برای ما ارسال میکنند. پس دفعهی بعد که نقشهی گوشی را باز کردید یا پیشبینی هوا را دیدید، به یاد بیاورید که یک ماهواره با دقت بسیار بالا در مدار خود در حال گردش است.