Bacite li pogled na Mjesec, neće biti teško zamisliti ga kao planet. Stjenovita kugla promjera 3476 kilometara s bazaltnim ravnima i planinskim lancima, čija privlačna gravitacijska sila utječe na plimu i oseku na Zemlji.
Unatoč svojoj masi i gravitacijskoj sili, Mjesec ne pada za Zemlju. Zašto? Jer je u orbiti.
Pojmovi gravitacije i orbita razvili su se tijekom stoljeća od strane legendi znanosti poput Galilea, Keplera, Newtona i Einsteina.
Sateliti se rutinski koriste za komunikaciju, izviđanje i navigaciju – no mnogim ljudima nije jasno kako oni ostaju u svemiru.
Uobičajena zabluda o svemirskim putovanjima i bestežinskom stanju je da ona nastaju zbog izostanka gravitacije. Iako se privlačna gravitacijska sila smanjuje kako se udaljavamo od Zemlje, ona zapravo nikad ne nestaje u potpunosti. Ako pustimo kuglu s visine od 100 000 km na Zemlju, ona će padati postepeno.
Kako to da se Mjesec i sateliti ne sruše na Zemlju? Jer idu postrance.
Newton je za ilustraciju kretanja satelita zamislio Newtonov top.
U djelu Principia Methematica, Isaac Newton je objasnio orbite uz pomoć zamišljenog eksperimenta s topom
Kad ispalite top vodoravno sa Zemljom, topovska kugla će jedno vrijeme letjeti prije no što padne na Zemlju. Ispalite li kuglu na dovoljno veliku udaljenost, ona će putovati dalje oko Zemlje prije nego što se sruši.
Što ako biste topovsku kuglu mogli ispaliti brzinom od 8 kilometara u sekundi? Topovska kugla pratila bi zakrivljenost Zemlje, bila bi privučena prema Zemlji, ali nikada ne bi dosegla njenu površinu.
Zapravo, to bi dogodilo u zamišljenom Newtonovom eksperimentu u kojem nema otpora zraka i imamo magično snažan top.
Newtonov top ostao je samo misaoni eksperiment, ali u 20. st. konačno je postalo moguće putovati brzinom od 8 km/s. Ne s topovima, već s raketama.
Osim što je udobnija od topa, raketa može putovati do više od 100 km visine, a zatim ubrzati do 8 km/s u praznini prostora. Pri toj brzini treba joj tek 90 minuta da obiđe Zemlju.
Lansiranje kapsule Dragon u orbitu:
Kad uđe u orbitu, motori rakete mogu biti ugašeni i letjelica može obilaziti Zemlju. Znanstveno-fantastični mit je da letjelica pada iz orbite kad joj se isključe motori.
Zemljina atmosfera proteže se na oko 100 do 1000 kilometara visine i iznimno je tanka. Svemirskim letjelicama ponegdje trebaju dani, pa i godine da bude povučena nazad na Zemlju.
Ako ste unutar letjelice, visoko iznad Zemlje, gravitacija će povući i vas i vašu letjelicu, ali bit ćete bez težine.
Bestežinsko stanje događa se uvijek kad vas privuče gravitacijska sila bez otpora zraka ili određene površine. Može se osjetiti i bez da postignete brzinu od 8 km/s, na početku skoka ili zarona.
Što će se dogoditi ako ispalite raketu koja ubrzava do 10 km/s? Umjesto da slijedi krivinu Zemlje, vaša letjelica slijedit će stazu koja je odvodi daleko od Zemlje.
Kako se vaša letjelica udaljava od Zemlje, ona će početi usporavati – i okomito i vodoravno (zbog očuvanja kutnog momenta). Na kraju će eventualno dostići vrhunac visine (apogej) i početi padati natrag prema Zemlji, ubrzavajući.
Proces se sad obrće s letjelicom koja dobiva na brzini dok ne dostigne minimalnu visinu (perigej). Proces se tad ponavlja s letjelicom koja slijedi elipsu oko Zemlje.
Promatračnica Chandra-X ray slijedi eliptičnu orbitu daleko iznad Zemlje u radijacijskom pojasu (crveno)Što ako se raketa ponovo upali i postigne brzinu od 11 km/s? Stvari tada postaju zanimljive.
Vaša letjelica putovat će od Zemlje, biti usporena gravitacijom, ali gravitacijsko privlačenje Zemlje tako će brzo opadati da vas to nikad neće uspjeti zaustaviti u potpunosti. Letjelica će napustiti blizinu Zemlje i nastaviti lutati našim Solarnim sustavom.
Dok neki sateliti projure oko Zemlje za 90 minuta, drugi se naizgled uopće ne pomiču. Sateliti za vrijeme i TV prijem izgledaju kao da stalno lebde iznad ekvatora.
Ti sateliti su u geostacionarnoj orbiti. Kako se takav satelit udaljava od Zemlje, brzina potrebna da on ostane u orbiti se smanjuje, dok se vrijeme potrebno da dovrši svoje putovanje u orbiti – povećava.
Vremenski satelit motri dolazak uragana Ita 2014:
Na gotovo 36 000 km visine, orbita kojom se obiđe krug oko Zemlje traje čitav dan. Zemlji treba da se oko svoje osi okrene također jedan dan, stoga, sa Zemlje gledajući, ovi sateliti izgledaju kao da su fiksirani na jedno mjesto.
Idemo li još dalje od Zemlje, orbita traje duže. Našem prirodnom satelitu Mjesecu na udaljenosti od 384 000 km od Zemlje potrebno je nešto više od 27 dana da prijeđe orbitu. Iako Mjesec prelazi kilometre u sekundi, gledano sa Zemlje koja se vrti on izlazi na istoku i zalazi na zapadu.
Satelite zapravo možemo promatrati kako prolaze iznad naših glava, pred zoru i nakon sumraka, jer oni usmjeravaju Sunčevu svjetlost prema nama.
Neki sateliti prate rotaciju Zemlje i kreću se od zapada prema istoku. Drugi imaju orbite koje preuzimaju na području polova i putuju od sjevera prema jugu ili obrnuto.
Odaberete li povoljnu noć, vidjet ćete masivne, ali bestežinske Međunarodne svemirske stanice koje kruže nad našim planetom.
Nečujno prolaze nad našim glavama i za nekoliko minuta prelaze razdaljine od jednog do drugog horizonta. Njihov prolazak čini nam se miran, iako prelaze mnogo kilometara svake sekunde, na visinama od nekoliko stotina kilometara.
Izvor: TheConversation
