ماهواره جسمی در فضا است که به دور جسم بزرگتری می چرخد یا به دور آن می چرخد. دو نوع ماهواره وجود دارد: طبیعی (مانند ماه که به دور زمین می چرخد) یا مصنوعی (مانند ایستگاه فضایی بین المللی که به دور زمین می چرخد).
ده ها و ده ها ماهواره طبیعی در منظومه شمسی وجود دارد و تقریباً هر سیاره حداقل یک قمر دارد. به عنوان مثال، زحل حداقل 53 ماهواره طبیعی دارد و بین سال های 2004 تا 2017 یک ماهواره مصنوعی وجود داشت - فضاپیمای کاسینی که سیاره حلقه دار و قمرهای آن را کاوش می کند.
با این حال، ماهواره های مصنوعی تنها در اواسط قرن بیستم به واقعیت تبدیل شدند. اولین ماهواره مصنوعی اسپوتنیک بود، یک فضاپیمای فضایی روسی به اندازه یک توپ فضایی که در 4 اکتبر 1957 به فضا پرتاب شد. این اقدام بسیاری از دنیای غرب را شوکه کرد، زیرا تصور می شد که شوروی توانایی ارسال ماهواره به فضا را ندارد.
تاریخچه مختصری از ماهواره های مصنوعی
به دنبال این شاهکار، در 3 نوامبر 1957، شوروی یک ماهواره حتی بزرگتر به نام اسپوتنیک 2 را پرتاب کرد که حامل سگی به نام بابونه بود. اولین ماهواره ایالات متحده اکسپلورر 1 در 31 ژانویه 1958 بود. این ماهواره تنها 2 درصد از جرم اسپوتنیک 2 را دارد، اما 30 پوند (13 کیلوگرم) است.
اسپوتنیک و اکسپلورر 1 اولین تصاویر در مسابقه فضایی بین ایالات متحده و اتحاد جماهیر شوروی بودند که حداقل تا اواخر دهه 1960 ادامه داشت. تمرکز بر ماهواره‌ها به‌عنوان یک ابزار سیاسی زمانی که هر دو کشور در سال 1961 افرادی را به فضا فرستادند، جای خود را به مردم باز کرد. اما در اواخر دهه، اهداف دو کشور شروع به واگرایی کردند. همانطور که ایالات متحده به فرود روی ماه و ایجاد یک شاتل فضایی ادامه داد، اتحاد جماهیر شوروی اولین ایستگاه فضایی جهان به نام Salute 1 را ساخت که در سال 1971 پرتاب شد (ایستگاه های دیگری مانند Skylab در ایالات متحده و صلح در اتحاد جماهیر شوروی به دنبال آن قرار گرفتند. اتحاد. اتصال.)
کشورهای دیگر با سرایت مزایای آن به جامعه شروع به ارسال ماهواره های خود به فضا کرده اند. ماهواره های هواشناسی حتی برای مناطق دوردست نیز پیش بینی ها را بهبود بخشیده اند. ماهواره‌های رصد زمین مانند سری لندست (از نسل نهم آن اکنون) تغییرات جنگل‌ها، آب و سایر بخش‌های سطح زمین را در طول زمان ردیابی می‌کنند. ماهواره های مخابراتی تماس های تلفنی از راه دور برقرار کردند و در نهایت پخش زنده تلویزیونی از سراسر جهان به بخشی عادی از زندگی تبدیل شد. نسل های بعدی به اتصال به اینترنت کمک کردند.
با کوچک‌سازی رایانه‌ها و سایر سخت‌افزارها، اکنون می‌توان ماهواره‌های بسیار کوچک‌تری را ارسال کرد که می‌توانند علوم، مخابرات یا سایر عملکردها را در مدار انجام دهند. در حال حاضر برای شرکت ها و دانشگاه ها ایجاد "CubeSats" یا ماهواره های مکعبی شکل که اغلب در مدارهای پایین زمین زندگی می کنند، رایج است.
آنها را می توان روی یک موشک با محموله بزرگتر قرار داد یا از یک پرتابگر متحرک به ایستگاه فضایی بین المللی (ISS) فرستاد. ناسا اکنون در حال بررسی ارسال CubeSats به مریخ یا قمر اروپا (نزدیک مشتری) برای مأموریت‌های آینده است، اگرچه CubeSats برای گنجاندن آن تایید نشده است.
ISS بزرگترین ماهواره در مدار است و ساخت آن بیش از یک دهه طول کشیده است. تکه تکه، 15 کشور زیرساخت های مالی و فیزیکی را به مجموعه مداری که بین سال های 1998 تا 2011 ایجاد شد، کمک کردند. مقامات برنامه انتظار دارند که ISS حداقل تا سال 2024 به فعالیت خود ادامه دهد.
قطعات ماهواره
هر ماهواره مصنوعی قابل استفاده - چه انسان و چه رباتیک - دارای چهار بخش اصلی است: یک سیستم انرژی (مثلاً می تواند خورشیدی یا هسته ای باشد)، راهی برای کنترل رابطه آن، یک آنتن برای ارسال و دریافت اطلاعات، و یک بار برای جمع آوری اطلاعات (مانند دوربین یا آشکارساز ذرات).
با این حال، همانطور که در زیر مشاهده خواهد شد، همه ماهواره های مصنوعی لزوما کار نمی کنند. حتی یک پیچ یا کمی رنگ نیز یک ماهواره "مصنوعی" در نظر گرفته می شود، اگرچه این قطعات گم شده اند.
چه چیزی ماهواره را از سقوط به زمین محافظت می کند؟
ماهواره به عنوان پرتابه یا جسمی شناخته می شود که تنها یک نیروی بر روی آن اعمال می کند - گرانش. از نظر فنی، هر چیزی که از Pocket Line در ارتفاع 100 کیلومتری (62 مایلی) عبور کند در فضا دیده می شود. با این حال، ماهواره باید سریع حرکت کند - حداقل 8 کیلومتر (5 مایل) در ثانیه - تا بلافاصله از سقوط مجدد به زمین جلوگیری کند.
اگر یک ماهواره به اندازه کافی سریع حرکت کند، دائماً به زمین "سقوط" می کند، اما انحنای زمین به این معنی است که ماهواره به جای سقوط دوباره به سطح، در اطراف سیاره ما سقوط می کند. ماهواره‌هایی که به زمین نزدیک‌تر می‌شوند در معرض خطر سقوط هستند، زیرا مقاومت مولکول‌های جوی سرعت ماهواره‌ها را کاهش می‌دهد. آنهایی که دورتر از زمین می چرخند، مولکول های کمتری برای مبارزه دارند.
چندین "منطقه" پذیرفته شده برای گردش به دور زمین وجود دارد. یکی از آنها مدار پایین زمین نام دارد که از حدود 160 تا 2000 کیلومتر (حدود 100 تا 1250 مایل) امتداد دارد. این منطقه ای است که ایستگاه فضایی بین المللی در آن می چرخد و شاتل فضایی کار خود را در آن انجام داده است. در واقع تمامی ماموریت های انسان به جز پروازهای آپولو به ماه در این منطقه انجام می شود. اکثر ماهواره ها نیز در این منطقه فعالیت می کنند.
با این حال، مدار زمین ثابت یا ژئوسنکرون بهترین مکان برای استفاده از ماهواره های ارتباطی است. این منطقه بالای خط استوای زمین در ارتفاع 35786 کیلومتری (22236 مایلی) است. در این ارتفاع، سرعت "سقوط" در اطراف زمین تقریباً مشابه چرخش زمین است که به ماهواره اجازه می دهد تقریباً دائماً بالای همان مکان روی زمین باقی بماند. به این ترتیب ماهواره با یک آنتن ثابت روی زمین ارتباط ثابتی برقرار می کند که امکان ارتباطات مطمئن را فراهم می کند. زمانی که ماهواره‌های زمین‌ایستا به پایان عمر خود می‌رسند، پروتکل حکم می‌کند که باید از مسیر خارج شوند تا یک ماهواره جدید جای آنها را بگیرد. این به این دلیل است که فضا یا شکاف‌های زیادی در این مدار وجود دارد تا ماهواره‌ها بدون تداخل کار کنند.
در حالی که برخی از ماهواره ها به بهترین وجه در اطراف استوا استفاده می شوند، برخی دیگر برای مدارهای قطبی بیشتر مناسب تر هستند - ماهواره هایی که از قطبی به قطب دیگر به دور زمین می چرخند، بنابراین مناطق تحت پوشش آنها شامل قطب شمال و جنوب می شود. نمونه هایی از ماهواره ها در مدار قطبی عبارتند از ماهواره های هواشناسی و ماهواره های شناسایی.
چه چیزی مانع از سقوط یک ماهواره به ماهواره دیگر می شود؟
امروزه حدود نیم میلیون جسم مصنوعی در مدار زمین وجود دارد که اندازه آنها از لکه های رنگ گرفته تا ماهواره های تمام عیار متغیر است - هر کدام با سرعت هزاران مایل در ساعت حرکت می کنند. فقط برخی از این ماهواره ها قابل استفاده هستند، به این معنی که مقدار زیادی "آشغال فضایی" در اطراف شناور است. با هر چیزی که در مدار قرار می گیرد، احتمال برخورد افزایش می یابد.
آژانس های فضایی باید هنگام پرتاب چیزی به فضا، مسیرهای مداری را به دقت در نظر بگیرند. آژانس‌هایی مانند شبکه رصد فضایی ایالات متحده، زباله‌های مداری را از زمین رصد می‌کنند و به ناسا و سایر نهادها هشدار می‌دهند اگر قطعه اشتباهی در خطر برخورد با چیزی حیاتی باشد. این بدان معناست که هر از گاهی، ایستگاه فضایی بین المللی باید مانورهای انحرافی را انجام دهد تا از مسیر خارج شود.
با این حال، درگیری ها همچنان ادامه دارد. یکی از بزرگترین مقصران زباله‌های فضایی، بقایای یک آزمایش ضد ماهواره‌ای در سال 2007 بود که توسط چینی‌ها انجام شد، که زباله‌هایی تولید کرد که یک ماهواره روسی را در سال 2013 منهدم کرد. همچنین در همان سال، ماهواره‌های ایریدیوم 33 و کاسموس 2251 به هر یک برخورد کردند. دیگر، ابری از زباله تولید می کند.
ناسا، آژانس فضایی اروپا و بسیاری از سازمان های دیگر در حال بررسی اقداماتی برای کاهش میزان زباله های مداری هستند. برخی پیشنهاد می‌کنند که ماهواره‌های مرده را به طریقی از بین ببرند، شاید با استفاده از توری یا انفجارهای هوایی، زباله‌ها را از مدار آنها مختل کرده و به زمین نزدیک‌تر کنند. دیگران به بارگذاری ماهواره‌های مرده برای استفاده مجدد فکر می‌کنند، فناوری که به صورت رباتیک در ایستگاه فضایی بین‌المللی نشان داده شده است.
قمرها در اطراف جهان های دیگر
بیشتر سیارات منظومه شمسی دارای ماهواره های طبیعی هستند که ما آنها را قمر نیز می نامیم. برای سیارات درونی: عطارد و زهره قمر ندارند. زمین یک قمر نسبتا بزرگ دارد، در حالی که مریخ دارای دو قمر کوچک به اندازه یک سیارک به نام فوبوس و دیموس است. (فوبوس به آرامی به سمت مریخ در حال پیچیدن است و احتمالاً چند هزار سال دیگر متلاشی می شود یا به سطح می افتد.)
فراتر از کمربند سیارکی چهار سیاره غول پیکر گازی وجود دارد که هر کدام پانتئون قمر دارند. تا پایان سال 2018، مشتری دارای 79 قمر تایید شده، زحل دارای 53 قمر، اورانوس دارای 27 قمر و نپتون دارای 14 قمر است. قمرهای جدید گاهی کشف می شوند - عمدتاً از طریق مأموریت ها (در گذشته یا حال، همانطور که می توانیم تصاویر قدیمی را تجزیه و تحلیل کنیم) یا با انجام قمرهای جدید. رصد از طریق تلسکوپ
زحل یک مثال خاص است زیرا توسط هزاران جرم کوچک احاطه شده است که یک حلقه را تشکیل می دهند که حتی در تلسکوپ های کوچک از زمین قابل مشاهده است. دانشمندانی که به مدت 13 سال در طول ماموریت کاسینی حلقه‌ها را از نزدیک مشاهده کرده‌اند، شرایطی را دیدند که تحت آن ماه‌های جدید می‌توانند متولد شوند. دانشمندان علاقه خاصی به پروانه ها داشتند، که ردپایی در حلقه های ایجاد شده توسط قطعات در حلقه ها هستند. درست پس از پایان ماموریت کاسینی در سال 2017، ناسا گفت که ملخ ها ممکن است عناصر تشکیل سیاره ای را که در اطراف دیسک های گازی ستاره های جوان رخ می دهد، به اشتراک بگذارند.
با این حال، حتی اجرام کوچکتر نیز قمر دارند. پلوتون از نظر فنی یک سیاره کوتوله است. با این حال، افرادی که در مأموریت نیوهورایزنز هستند، که در سال 2015 از کنار پلوتون عبور کرد، می گویند که جغرافیای متنوع آن، آن را بیشتر شبیه یک سیاره می کند. با این حال، چیزی که مورد بحث نیست، تعداد قمرهای اطراف پلوتون است. پلوتون دارای پنج قمر شناخته شده است که بیشتر آنها زمانی کشف شده اند که نیوهورایزنز در حال توسعه یا در راه رسیدن به سیاره کوتوله بود.
بسیاری از سیارک ها نیز قمر دارند. این جهان‌های کوچک گاهی نزدیک زمین پرواز می‌کنند و قمرها در رصدهای رادار به بیرون می‌پرند. برخی از نمونه‌های معروف سیارک‌های دارای قمر عبارتند از 4 وستا (که توسط ماموریت سپیده دم ناسا بازدید شد)، 243 آیدا، 433 اروس و 951 گاسپرا. همچنین نمونه‌هایی از سیارک‌های حلقه‌دار مانند 10199 Chariklo و 2060 Chiron وجود دارد.
بسیاری از سیارات و جهان‌های منظومه شمسی ما نیز قمرهای دست‌ساز دارند، به‌ویژه در اطراف مریخ، جایی که چندین کاوشگر به دور سیاره می‌چرخند و سطح و محیط آن را مشاهده می‌کنند. سیارات عطارد، زهره، مریخ، مشتری و زحل دارای ماهواره های مصنوعی بودند که آنها را در مقطعی از تاریخ رصد کردند. سایت‌های دیگر نیز دارای ماهواره‌های مصنوعی بودند، مانند دنباله‌دار 67P/Churyumov-Gerasimenko (که توسط ماموریت روزتا آژانس فضایی اروپا بازدید شد) یا وستا و سرس (هر دو توسط ماموریت سپیده دم ناسا بازدید شدند.) از نظر فنی، افراد در طول ماموریت‌های آپولو پرواز می‌کردند. "قمرهای مصنوعی" (سفینه فضایی) در اطراف ماه خودمان بین سال‌های 1968 و 1972. ناسا حتی ممکن است در دهه‌های آینده یک ایستگاه فضایی «دروازه فضایی عمیق» در نزدیکی ماه بسازد تا به عنوان نقطه شروعی برای مأموریت‌ها به مریخ انسانی.
طرفداران «آواتار» (2009) به یاد خواهند داشت که مردم از پاندورا، قمر قابل سکونت یک غول گازی به نام پولیفموس بازدید کردند. ما هنوز نمی دانیم که آیا قمرهایی برای سیارات فراخورشیدی وجود دارد یا خیر، اما ما گمان می کنیم - با توجه به اینکه سیارات منظومه شمسی دارای قمرهای زیادی هستند - که سیارات فراخورشیدی نیز قمر دارند. در سال 2014، دانشمندان جسمی را مشاهده کردند که می‌توان آن را به عنوان یک اگزولون که به دور یک سیاره فراخورشیدی می‌چرخد تعبیر کرد، اما این رصد نمی‌توانست تکرار شود، زیرا زمانی اتفاق افتاد که جسم در مقابل یک ستاره در حال حرکت بود. با این حال، اگزولون دوم ممکن است اخیراً کشف شده باشد.
منابع اضافی
کتابشناسی - فهرست کتب
موسسه جوکوفسکی، دانشگاه براون، "13 چیز - فضا"
آماندا بارنت، آزمایشگاه رانش جت ناسا برای اداره ماموریت علمی ناسا، "مبانی پرواز فضایی - بخش 1: محیط زیست، فصل 5: مدارهای سیاره ای"
تحقیق و توسعه نجوم، ناسا، "مشکل زباله های مداری"