ماهوارهها: چشمهای مصنوعی زمین
ماهواره چیست و چگونه در فضا میماند؟
ماهواره1 در واقع یک وسیلهی ساخت دست بشر است که به کمک موشک (پرتابگر) به فضا فرستاده میشود و در مسیری دایرهای یا بیضیشکل به دور زمین شروع به چرخیدن میکند. اما چرا این ماهوارهها سقوط نمیکنند؟ کلید این معما در مفهومی به نام مدار و تعادل بین دو نیرو نهفته است.
تصور کنید شما یک توپ را با نیروی بسیار زیادی به صورت افقی پرتاب کنید. توپ پس از مدتی به دلیل جاذبه زمین به پایین سقوط میکند. حالا اگر این توپ را با سرعت خیلی خیلی بیشتری پرتاب کنید، مسیر خمیدهای را طی میکند که انحنای آن با انحنای زمین هماهنگ است. در این حالت، توپ دائماً به سمت زمین «سقوط» میکند اما هرگز به سطح آن برخورد نمیکند، زیرا زمین در زیر آن منحنی میشود. این دقیقاً اتفاقی است که برای یک ماهواره در مدار پایینی زمین میافتد. سرعت مداری بالا (حدود 28,000 کیلومتر بر ساعت) و نیروی جاذبه زمین با هم ترکیب میشوند تا ماهواره را در مسیر مداری خود نگه دارند. این وضعیت شبیه به چرخیدن یک گوی فلزی به دور ریسمان در یک چرخوفلک است که در آن ریسمان نقش جاذبه را بازی میکند.
انواع مختلف ماهوارهها: هر کدام یک مأموریت خاص
همه ماهوارهها شبیه هم نیستند. آنها بر اساس کاری که انجام میدهند و مداری که در آن قرار میگیرند، به دستههای مختلفی تقسیم میشوند. اینجا با مهمترین انواع آنها آشنا میشویم:
| نوع ماهواره | کاربرد اصلی | مثال ملموس از زندگی | ارتفاع تقریبی مدار |
|---|---|---|---|
| ماهوارههای مخابراتی | انتقال سیگنالهای رادیو، تلویزیون، تلفن و اینترنت | پخش زنده یک مسابقه فوتبال از کشوری دیگر روی آنتن تلویزیون شما | 36,000 کیلومتر (مدار زمینثابت) |
| ماهوارههای سنجش از دور و هواشناسی | عکسبرداری از زمین، رصد پوشش گیاهی، آلودگیها و پیشبینی آبوهوا | نقشههای هواشناسی در برنامهی آبوهوای موبایل یا تصاویر گوگل مپ | 700-900 کیلومتر |
| ماهوارههای ناوبری (موقعیتیاب) | تعیین دقیق موقعیت روی زمین | هدایت خودرو با جیپیاس2 روی نقشه، پیدا کردن آدرس یک رستوران جدید | 20,000 کیلومتر |
| ماهوارههای علمی و تحقیقاتی | مطالعه فضا، خورشید، سیارات و انجام آزمایشهای علمی در بیوزنی | تصاویر خیرهکننده تلسکوپ فضایی هابل از سحابیها و کهکشانهای دوردست | متنوع (از پایین تا بسیار بالا) |
از پرتاب تا ارتباط: سفر یک ماهواره
ساخت و پرتاب یک ماهواره داستانی طولانی و پیچیده دارد. این فرآیند را میتوان به چند مرحلهی اصلی تقسیم کرد:
۱. طراحی و ساخت: ابتدا هدف از ساخت ماهواره مشخص میشود. سپس مهندسان بخشهای مختلف آن مانند بدنه، منبع انرژی (معمولاً صفحات خورشیدی3)، کامپیوتر مرکزی و ابزار علمی (دوربین، حسگر و ...) را طراحی و میسازند.
۲. پرتاب به فضا: ماهواره مانند بار یک کشتی، در دماغه یک موشک قدرتمند قرار میگیرد. موشک با سوختن مقدار عظیمی سوخت، از جو زمین عبور میکند و ماهواره را در نقطه دقیقی از فضا رها میکند. این مرحله بسیار حساس است.
۳. قرارگیری در مدار: پس از رهاسازی، موتورهای کوچکی روی خود ماهواره (پیشرانها) روشن میشوند تا آن را در مدار دقیق و از پیشتعیینشده قرار دهند.
۴. شروع به کار و ارتباط با زمین: صفحات خورشیدی باز میشوند و انرژی خورشید را به برق تبدیل میکنند. ماهواره با استفاده از آنتنهای خود، شروع به ارسال و دریافت اطلاعات به ایستگاههای زمینی میکند. این ارتباط مانند یک مکالمه رادیویی دوطرفه است. ایستگاه زمینی دستورات را میفرستد و ماهواره دادههای جمعآوری شده (مثل عکس یا اطلاعات علمی) را به زمین بازمیگرداند.
اشتباهات رایج و پرسشهای مهم
پاسخ: خیر. ماهوارهها در خلأ فضا حرکت میکنند. برای پرواز در هوا به بال نیاز است، اما ماهوارهها در فضایی که تقریباً هوایی وجود ندارد، تنها تحت تأثیر جاذبه زمین هستند و برای حرکت به سمت جلو (تغییر سرعت یا جهت) از موتورهای کوچک راکتی استفاده میکنند.
پاسخ: بله، شما میتوانید بعضی ماهوارهها را پس از غروب آفتاب یا قبل از طلوع آفتاب به صورت نقاط درخشان متحرکی ببینید که آرام در آسمان حرکت میکنند. این نور، بازتاب نور خورشید از صفحات خورشیدی یا بدنهی ماهواره است. آنها چشمک نمیزنند (برخلاف ستارهها که به دلیل تلاطم جو چشمک میزنند) و حرکت آرام و خطی آنها در آسمان آنها را از هواپیماها متمایز میکند.
پاسخ: متأسفانه بله. پس از دههها فعالیت فضایی، قطعات موشکهای ازکارافتاده، ماهوارههای شکسته و حتی ابزارهای گمشده فضانوردان در اطراف زمین به دور میچرخند که به آنها «زبالههای فضایی» میگویند. این قطعات با سرعت بسیار بالا (حتی بیشتر از یک گلوله) حرکت میکنند و برخورد حتی یک قطعه کوچک با یک ماهواره فعال میتواند خسارت زیادی وارد کند. دانشمندان در حال کار بر روی راههایی برای جمعآوری یا از مدار خارج کردن این زبالهها هستند.
پاورقی
۱. ماهواره (Satellite): به معنای همراه یا ملازم. در نجوم به اجسامی که به دور سیارات میچرخند (مانند ماه که قمر طبیعی زمین است) نیز ماهواره گفته میشود. اما در این مقاله منظور، ماهوارههای مصنوعی (Artificial Satellite) است.
۲. جیپیاس (GPS): سامانه موقعیتیابی جهانی (Global Positioning System). شبکهای از ماهوارههای ناوبری متعلق به ایالات متحده که امکان تعیین موقعیت را در سراسر زمین فراهم میکند.
۳. صفحات خورشیدی (Solar Panels): صفحاتی از سلولهای خورشیدی که نور خورشید را مستقیماً به انرژی الکتریکی تبدیل میکنند تا برق مورد نیاز دستگاههای ماهواره را تأمین کنند.
۴. اسپوتنیک-۱ (Sputnik 1): نخستین ماهواره مصنوعی زمین که در ۴ اکتبر ۱۹۵۷ توسط اتحاد جماهیر شوروی به فضا پرتاب شد و آغازگر عصر فضا بود.
