ماهواره1: جسمی که دور یک سیاره میچرخد
ماهوارهها از کجا آمدهاند؟ ماههای طبیعی در برابر ماهوارههای مصنوعی
در منظومهٔ شمسی ما، اجرام زیادی به دور سیارات میچرخند. زمین یک ماهوارهٔ طبیعی بزرگ دارد که ما آن را ماه مینامیم. مریخ4 دو ماه کوچک به نامهای فوبوس5 و دیموس6 دارد. مشتری7 و زحل8 دهها قمر دارند. اینها همگی ماهوارههای طبیعی هستند.
اما در 4 اکتبر 1957، انسان نوع جدیدی از ماهواره را خلق کرد. در این روز، اتحاد جماهیر شوروی اولین ماهوارهٔ مصنوعی جهان به نام اسپوتنیک-1 را به مدار زمین فرستاد. از آن زمان تاکنون، هزاران ماهوارهٔ مصنوعی توسط کشورهای مختلف ساخته و پرتاب شدهاند.
| نوع ماهواره | مثال | منشأ | کاربرد اصلی |
|---|---|---|---|
| طبیعی | ماه (قمر زمین) | تشکیل همزمان با سیاره یا جذب گرانشی | ایجاد جزر و مد، ثابتکردن انحراف محور زمین |
| مصنوعی (مخابراتی) | ماهوارههای اینترنتی استارلینک9 | ساخت بشر، پرتاب با موشک | ارتباطات، پخش تلویزیونی و اینترنت |
| مصنوعی (سنجش از دور) | لندست10 | ساخت بشر، پرتاب با موشک | عکسبرداری از زمین، بررسی تغییرات آب و هوایی |
| مصنوعی (ناوبری) | ماهوارههای جیپیاس11 | ساخت بشر، پرتاب با موشک | تعیین موقعیت دقیق روی زمین |
چگونه یک ماهواره در مدار میماند؟ رازی به نام گرانش و سرعت
برای فهمیدن این موضوع، یک آزمایش فکری انجام میدهیم. تصور کنید بر فراز یک کوه بسیار بلند ایستادهاید و یک توپ را به صورت افقی پرتاب میکنید. توپ پس از طی یک مسیر منحنی، به زمین برخورد میکند.
- اگر توپ را قویتر پرتاب کنید، مسافت بیشتری را طی کرده و دورتر میافتد.
- حالا فرض کنید میتوانید آن را با سرعت بسیار بسیار زیاد پرتاب کنید. در این حالت، انحنای مسیر توپ با انحنای زمین همخوانی پیدا میکند. توپ به سمت زمین سقوط میکند، اما زمین به همان میزان زیر آن منحنی میشود! این دقیقاً همان چیزی است که مدار نامیده میشود.
نیروی گرانش زمین، ماهواره را به سمت خود میکشد. اما ماهواره با سرعت افقی زیادی که دارد، پیوسته از زمین «فرار میکند». تعادل بین این دو نیرو — کشش گرانش به سمت داخل و مایل به فرار ماهواره به سمت خارج — باعث میشود ماهواره روی یک مسیر دایرهای یا بیضوی به دور زمین بچرخد.
سفر به فضا: مراحل پرتاب و قرارگیری ماهواره در مدار
سفر یک ماهواره به فضای خارج از جو زمین، چند مرحلهٔ مهم دارد. این فرآیند را میتوان در قالب یک داستان علمی دنبال کرد.
مرحله ۱: پرتاب. ماهواره به همراه یک موشک حامل قدرتمند از پایگاه پرتاب، راهی آسمان میشود. موشک باید سرعت ماهواره را از صفر به چندین کیلومتر بر ثانیه برساند تا بر گرانش زمین غلبه کند.
مرحله ۲: جدایش. موشکهای حامل معمولاً چند مرحلهای هستند. هر مرحله پس از اتمام سوخت خود، از بقیهٔ مجموعه جدا میشود تا وزن کلی کاهش یابد و ادامهٔ سفر آسانتر شود. در نهایت، مرحلهٔ نهایی، ماهواره را به نزدیکی مدار مورد نظر میرساند.
مرحله ۳: تزریق مداری. در نقطهای دقیق و از پیش محاسبه شده، ماهواره از موشک حامل جدا میشود. سپس با روشن کردن موتورهای کوچک خود (پیشرانه)، سرعت و جهت نهایی را تنظیم کرده و دقیقاً در مدار برنامهریزی شده قرار میگیرد.
مرحله ۴: آغاز به کار. پس از استقرار، صفحات خورشیدی ماهواره باز میشوند تا انرژی مورد نیازش را از خورشید تأمین کنند. سپس آنتنها و ابزارهای علمی خود را فعال کرده و مأموریتش را آغاز میکند.
زندگی روزمره در سایه ماهوارهها: از پیشبینی هوا تا نقشهیابی
ماهوارهها دیگر بخشی جدا نشدنی از تمدن مدرن هستند. بیایید نگاهی به کاربردهای عملی آنها در زندگی روزمره بیندازیم:
۱. ارتباطات: وقتی یک برنامه تلویزیونی زنده از قارهای دیگر را تماشا میکنید یا با تلفن ماهوارهای در وسط اقیانوس صحبت میکنید، این سیگنالها توسط ماهوارههای مخابراتی که در مدار ژئو قرار دارند، منتقل میشوند. این ماهوارهها همچنانگی با چرخش زمین دارند و در آسمان یک نقطه به نظر میرسند.
۲. هواشناسی: تصاویر و اطلاعاتی که در اخبار برای پیشبینی هوا میبینید، از ماهوارههای هواشناسی به دست میآید. آنها میتوانند حرکت ابرها، شکلگیری طوفانها و تغییر دمای سطح زمین را رصد کنند.
۳. سامانهٔ موقعیتیابی جهانی (جیپیاس)11: وقتی از اپلیکیشن نقشه روی تلفن همراه خود استفاده میکنید، دستگاه شما سیگنالهایی را از حداقل چهار ماهواره از یک منظومهٔ 24 تایی دریافت میکند. با محاسبهٔ فاصله از هر ماهواره، موقعیت دقیق شما روی زمین مشخص میشود. این فاصله با استفاده از زمان رسیدن سیگنال محاسبه میشود: $ فاصله = سرعت نور \times زمان $.
۴. اکتشافات علمی: تلسکوپ فضایی هابل12، که خود یک ماهوارهٔ علمی است، از جو غبارآلود زمین خارج شده و تصاویر خیرهکنندهای از کهکشانهای دوردست ثبت کرده است. ماهوارههای دیگر نیز به مطالعهٔ لایههای اتمسفر، یخهای قطبی و تغییرات آب و هوایی کمک میکنند.
| نام مدار | ارتفاع تقریبی | دوره تناوب مداری | ماهوارههای شاخص |
|---|---|---|---|
| مدار نزدیک زمین (LEO) | 200 تا 2000 کیلومتر | 90 دقیقه تا 2 ساعت | ایستگاه فضایی بینالمللی13، ماهوارههای سنجشی |
| مدار زمینآهنگ (GEO) | 35786 کیلومتر | دقیقاً 24 ساعت (همچرخ با زمین) | ماهوارههای مخابراتی و هواشناسی ثابت |
| مدار متوسط زمین (MEO) | 2000 تا 35786 کیلومتر | 2 تا 24 ساعت | ماهوارههای منظومهٔ جیپیاس |
اشتباهات رایج و پرسشهای مهم
فضای اطراف زمین کاملاً خالی نیست. ذرات بسیار رقیق از اتمسفر فوقانی و باد خورشیدی در ارتفاعات بالا وجود دارند. این ذرات اندک، با ماهواره برخورد کرده و موجب کندی جزئی سرعت آن میشوند. این کاهش سرعت در درازمدت (مثلاً پس از ۱۰ یا ۲۰ سال) باعث کاهش ارتفاع مدار و نهایتاً سقوط ماهواره به لایههای پایینی جو و سوختن آن میشود.
مدار هر ماهواره مانند یک «خط ویژه» در آسمان است که پارامترهای آن (ارتفاع، زاویه، و...) به دقت تعریف شده است. سازمانهای فضایی مانند ناسا14 تمامی اشیاء بزرگ در مدار زمین را رصد و رهگیری میکنند. اگر احتمال برخوردی وجود داشته باشد، با روشن کردن موتورهای کوچک ماهواره، مدار آن را اندکی تصحیح میکنند تا از برخورد جلوگیری شود.
بله، یک خطر جدی است. زبالههای فضایی شامل قطعات موشکهای از کار افتاده، ماهوارههای قدیمی، و حتی ابزارهای گمشده فضانوردان میشوند. این قطعات با سرعت بسیار بالا (حدود 8 کیلومتر بر ثانیه) در حرکتند و برخورد حتی یک مهره کوچک با یک ماهواره فعال میتواند آسیب جدی ایجاد کند. دانشمندان در حال تحقیق روی راههایی برای جمعآوری یا تخریب ایمن این زبالهها هستند.
پاورقی
1 ماهواره (Satellite)
2 گرانش (Gravity)
3 مخابرات (Telecommunications)
4 مریخ (Mars)
5 فوبوس (Phobos)
6 دیموس (Deimos)
7 مشتری (Jupiter)
8 زحل (Saturn)
9 استارلینک (Starlink) - منظومهای از ماهوارههای اینترنتی.
10 لندست (Landsat) - مجموعهای از ماهوارههای سنجش از دور ناسا.
11 جیپیاس (GPS) - سامانهٔ موقعیتیابی جهانی (Global Positioning System).
12 تلسکوپ فضایی هابل (Hubble Space Telescope).
13 ایستگاه فضایی بینالمللی (International Space Station - ISS).
14 ناسا (NASA) - ادارهٔ کل ملی هوانوردی و فضای ایالات متحده.
