卫星在宇宙太空中为什么不会掉下来?
很多人会认为卫星一直会留在地球上空,不会掉下来。其实这种观念是有问题的,事实上,卫星只要不去维护,迟早会掉下来。甚至有时候使用寿命差不多到了,也会选择某些销毁的方案,比较常见的就是让它在大气层中销毁,掉到无人区。
我们国家的天宫一号就在2016年3月16号左右开始逐渐停止工作,在2018年4月2号,载入大气层,绝大部分的元器件都在载入大气层的过程中逐渐销毁。只有一部分残余物最终掉落到南太平洋当中。
那卫星为什么可以一直保持在一定的高度绕地球运行,又为什么会掉入呢?我们可以从牛顿的思想实验说起。
牛顿大炮
假设你有一套“理想的大炮和炮弹”,那这个时候,你站在地球表面上,拿出一颗炮弹,然后撒手,你就会发现,炮弹就开始自由落体掉在地球上。这是东西都会有地面上掉落的现象其实我们日常最常见的现象了。
那现在我们用上大炮来打炮弹,我们设置让炮弹的速度打出去并不是很快,那会如何呢?
其实这和我们平时朝前扔东西是一摸一样的,就是会有一条抛物线。之所以会这样也很好理解,因为炮弹有一个水平的速度,在扔出去后,竖直方向还会受到重力的作用,所以会沿着水平运动,同时还要下落,这也就是一条抛物线。
那我们现在再极端一点,把炮弹打到一定的速度,这个速度达到7.9km/s。那会如何?
这个时候,这颗炮弹就会成为贴地面飞行的卫星。那为什么会这样呢?
我们还拿抛物线来说事,我们上文说到当炮弹有个水平的速度飞出去时,还是要受到重力作用,于是才会有抛物线。但是,其实我们做了一个基本假设:地面时平坦的。
你想一想,如果地面时向下弯曲的会咋样呢?
我们可以把地面想象成也会运动的,不过只有一个下落的运动,如果炮弹飞出去之后,下落的距离和地面下落的距离一致的,那么炮弹就永远不会掉在地面上。而我们的地球本质上时一个曲面,而且也确实是下落的曲面,所以当初速度达到7.9km/s时,地面下落的速度就恰好等于炮弹竖直方向下落的速度,于是,炮弹就可以贴着地球表面转了。
以上这些思考并不是我的独创的,它来自于牛顿的著作《自然哲学的数学原理》,当初牛顿在思考万有引力时就做了这样类似的思想实验。
从这个角度,我们就好理解为什么卫星可以绕着地球飞而不掉落到地面了。但这里还是存在一个前提假设。
卫星
这个假设就是卫星所在的轨道是真空的,不会受到任何的阻力。但是事实并非如此,按照目前最新的观测结果,距离达到38万公里,也就是在月球轨道附近,还有极其稀薄地球大气。我们来感受一下这得有多远。
而相比于地月距离,卫星距离地球表面算是很近的了,大概都是维持在几百公里的数量级。
因此,卫星轨道上虽然大气已经比较稀薄了,但还是存在一些气体的。它就成为了卫星在绕地球飞行时的阻力,会使得卫星的速度变慢。
因此,卫星如果不定期的进行维护,一旦速度低于绕地飞行的最低速度,那它就很有可能会掉落到地球表面。
不过,很多卫星在大气层当中,由于与大气层发生剧烈的摩擦,很多元器件都会在与大气层摩擦过程中消耗殆尽,只有极少部分会掉到地球表面。一般来说,发射卫星的控制中心都会提前做好相关的计算,确保这些碎渣掉落到无人区内。(当然,目前来看控制的效果并不好,还是经常会发生卫星会掉落在一些居民区的事件。)
最后,我们来总结一下,卫星之所以可以保持在一定的高度是因为卫星具备了一定的初速度。但是由于卫星轨道上存在稀薄的大气,因此,这些大气会对卫星起到减速最终,如果卫星不定期进行维护,也会掉落下落。但是大多都会在大气层中消耗大部分的零部件,只有一部分碎渣会掉到地球表面的无人区。
卫星飞行不需要能量,只是靠惯性和引力飞行。因为外层空间大气极其稀薄,飞行时卫星几乎只受到垂直于运动方向的地球引力作用。因此没有力对它做工。
我们假设卫星要以一个标准圆周轨道围绕地球运动,它的条件是建立力学平衡方程“向心力=离心力”,根据轨道高度,最后算出它需要的速度值。其中向心力是卫星与地球之间的引力,离心力是围绕地球中心旋转的惯性离心力,两个都有现成公式可用。
问题恰恰在于人们对于力学平衡概念的怀疑!根源在于人们不能接受离心力。不能接受离心力的原因又是因为经典理论里面没有离心力概念,准确讲是经典理论里面不能有离心力概念,所以是个系统性问题。因为经典理论的鼻祖牛顿在创立牛顿力学时,他把理论建立在绝对理想的平直空间运动上,他定义的惯性系即惯性运动的参照系就是绝对不受力的平直空间。
现在的问题是我们可以定义一个平衡力作用下的圆周惯性系,就是旋转运动的惯性系,在这样的系统里面,就可以定义离心力的存在。
有了离心力,分析卫星的受力就变得简单明了,满足力学平衡条件就是发射卫星需要的速度参数。
只是这样的理论需要一个系统性的解释,现在正好可以向人们推荐一下这个理论,请参考《宇宙万物之惯性原理》,其中就有相关理论体系。
在这些理论前提下,离心力是可以存在的,是可以用来解决问题解答疑惑的,也是可以用来发现宇宙运行规律的,比如土星光环是怎么形成的,它的力学原因也是现实存在的力学平衡这个条件,力学平衡了,它的重力就为零,就可以保持原来的惯性运动,长期围绕母星运动。力学平衡了,地球赤道处虽然鼓起,但是它是力学平衡状态,它也能长期维持那个状态。桌面的物体也只有力学平衡了,它才能维持原有状态,否则,要是运动状态发生了改变,则一定是力学出现了不平衡,这正好说明力是物体运动状态发生改变的原因。
卫星属于什么星系?
的
卫星属于太阳系
目前人类制造的飞行器最远的也只刚进入冥王星外的柯依伯带,甚至还没到更外围的奥尔特星云呢,当然算是在太阳系内。
但如果你的意思是人造卫星算不算太阳的行星之类的,那肯定是不算的。人造卫星太小,连小行星都算不上,充其量只能称为宇宙尘埃级别的,与陨石一个级别。
卫星星系是受到引力影响而环绕另 一个大星系的星系。大麦哲伦云和小麦哲伦星系,在历史上很早就有的记载。截止2011年1月已发现了二十几个卫星星系。最暗的星系比球状星体还暗。最大的经典卫星星系是LMC(直径4kpc),最小的为Ursa Minor(仅为0.4kpc);最大的暗卫星星系为Canes Venatici I(直径2kpc),最小的为Segue1(仅为0.03kpc)(银河系约为30.4kpc)。卫星星系是极难被发现的,在SDSS被大规模用于银河系内研究之前,大多数卫星星系都是通过对照片底片的扫描发现的,一般的观察迹象为25.5 mag.arcsec—2。
卫星是指在围绕一颗行星轨道并按闭合轨道做周期性运行的天然天体,人造卫星一般亦可称为卫星。人造卫星是由人类建造,以太空飞行载具如火箭、航天飞机等发射到太空中,像天然卫星一样环绕地球或其它行星的装置。往往气体行星的卫星都很多
卫星属于围绕着行星公转的星系。不能发光发热。
卫星能看到地球底部吗?
整个地球都能看到,区别只在于分辨率。这类卫星统称为“对地观测卫星”,这类卫星种类很多,其中能直接“看”地面的是照像卫星或扫描卫星。
这类卫星通常是极轨卫星,就是其轨道通过地球的南北两极,当它围绕地球运行时,就可以以一个扇面扫过地球南北两极之间的一定宽度,或获得地形数据,或对地面进行拍照。由于地球自转,卫星每次通过时,都会扫过不同的地面区域。
设置合理的卫星运行高度,就可以在一定时间内实现对地球表面全部地方的扫描,也就是能(在一定时间内,通常是几天内)“看”遍全世界。
什么是卫星和人造地球卫星?
神舟不是卫星吧,是飞行器,人造卫星是完成某种功能的,例如军事气象导航通信等,神舟不是,它是飞船,它的目的是探索太空,也就是科幻电影上的宇宙飞船,不过是最低级的,只能飞出地球,不过这也已经很不容易了
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