Yörüngedeki uydular neden uzayda kalamıyor?
Görüntü kaynağı: NASA, Dünya yörüngesindeki Uluslararası Uzay İstasyonu.
Uyduları dünyanın yörüngesinde döndürmek, dünyadaki en basit ve en doğal şey gibi görünüyor. Ne de olsa, ay 4 milyar yıldan fazla bir süredir dünyanın etrafında dönüyor ve işleyişinin bir hilesi yok. Ancak, yeryüzünde dönen uydularımızı sadece birkaç yıl veya on yıllığına oraya koyarsak, atmosfere yeniden girecekler ve tıpkı daha önceki birçok uydu ve uzay aracı gibi, ya yanacaklar ya da yere ve okyanusa çarpacaklar. Her zaman oldugu gibi.
Görüntü kaynağı: NASA, ATV-1 uydusu atmosfere geri dönüyor.
Ayrıca diğer tüm gezegenlerin doğal uydularını da gözlemlersek, bunlar dünyanın yörüngesinde dönen yapay uydulardan çok daha uzaktadır. Örneğin, Uluslararası Uzay İstasyonu (ISS) her 90 dakikada bir Dünya'nın yörüngesinde dönüyor ve ayımızın Dünya'nın etrafında dönmesi yaklaşık bir ay sürüyor. Gezegenlere yakınlığıyla bilinen uydular bile - Jüpiter çevresindeki Io gibi, volkanlar patladığında gelgit kuvvetlerinin dünyayı ısıtıp parçaladığı - yörüngelerinde sabittir.
Io'nun güneş sistemimizin yaşam döngüsünün geri kalanı boyunca Jüpiter'in yörüngesinde kalması bekleniyor ve başka bir önlem alınmazsa, Uluslararası Uzay İstasyonu 20 yıldan daha kısa bir süre içinde yörüngeden çıkacak! Şu anda alçak Dünya yörüngesindeki hemen hemen tüm uydular aynı kaderi paylaşıyor: Önümüzdeki yüzyıl geldiğinde, mevcut uydularımızın neredeyse tamamı ya tamamen yanan ya da daha büyük uydular (Uluslararası Uzay İstasyonu 431 ağırlığında) Dünya atmosferine yeniden girecek. Ton!), Yere ve okyanusa çarpan büyük parçalara bölünecek.
Resim kaynağı: I. Dawnbos, Delft Teknoloji Üniversitesi, atmosferik yoğunluğun rakımla nasıl değiştiği hakkında nın-nin. Alanın başlangıcı tanımını aşsa bile yoğunluğun sıfıra düşmeyeceğini unutmayın.
1) Atmosferik direnç.
Bu açık farkla en büyük etkidir, bu nedenle alçak dünya yörüngesi çok dengesizdir. Sabit uydular gibi diğer uydular da bozulacak, ancak bu kadar kısa bir zaman ölçeğinde olmayacak. Genellikle "uzayı" yukarı doğru 100 kilometreden (62 mil) fazla olan bir şey olarak tanımlarız: Kalman çizgisi. Ancak bunun gibi herhangi bir tanım, örneğin uzayın başlangıcı ve gezegen atmosferinin sonu gibi yapaydır. Aslında, atmosferik parçacıklar keyfi olarak yüksek rakımlı bölgelere uzanmaya devam edebilir, ancak ne kadar uzağa hareket ederlerse yoğunluk azalacaktır. Sonunda, yoğunluk santimetre küp veya nanometre veya pico başına 1 mikrogramdan çok daha az düşecek - "biz gerçeğiz" diyeceksiniz. Ancak atomlar atmosferde binlerce kilometre (veya mil) boyunca var olurlar ve uydular bu atomlarla çarpıştıklarında momentum kaybederler ve yavaşlarlar. Alçak Dünya yörüngesine sahip uyduların bu kadar dengesiz olmasının nedeni budur.
Görüntü kaynağı: NASA / Goddard Uzay Uçuş Merkezi, nasıl güneş rüzgarı ve Mars'ın üst katları Atmosfer etkileşime girer ancak dünyanın manyetik alanının etkisiyle dünyadan sapar.
2) Güneş rüzgarı parçacıkları.
Güneş sürekli olarak, çoğu proton olan yüksek enerjili parçacıkların akışı yayar, aynı zamanda karşılaştığı her şeyle çarpışan elektron ve helyum çekirdeği de oluşturur. Bu çarpışmalar aynı zamanda çarpışan uyduların momentumunu da değiştirerek onları ortalama olarak yavaşlatır. Yeterince uzun bir zaman ölçeğinde, yörüngenin bozulmasına da neden olabilirler. Alçak yörüngeli uyduların bozunmasının ana nedeni bu olmasa da, daha uzaktaki uydular üzerindeki etkisi küçümsenemez ve atmosferik direnç devralıncaya kadar içe doğru hareket etmelerine neden olur.
Yerçekimi anomali haritası. Resim kredisi: NASA / Yerçekimi Kurtarma ve İklim Deneyi.
3) Dünyanın kusurlu yerçekimi alanı.
Dünya'nın Merkür veya ay gibi bir atmosferi yoksa uydularımız sonsuza kadar yörüngede kalabilir mi? Hayır, güneş rüzgarı olmasa bile. Bunun nedeni, tüm gezegenler gibi Dünya'nın da bir nokta kütlesi değil, düzensiz çekim alanına sahip bir yapı olmasıdır. Bu yerçekimi alanı ve gezegenin yörüngesinde dolanırken uydunun iç kısmındaki değişiklikler, üzerinde gelgit kuvvetleri oluşturacaktır. Bu uydular çekici bir nesneye yakın olduklarında, daha güçlü bir çekim kuvveti hissedecekler ve çeken bir nesneden uzaklaştıklarında daha zayıf bir yerçekimi kuvveti hissedecekler ve bu farklılıklar Dünya'nın gelgitlerinin sebebidir. Ayrıca Io gibi şeylerin Jüpiter'in etrafında dağılmasına ve sonunda momentum kaybına ve yörüngeden çıkmasına neden olabilirler. Zaman ölçeği atmosfer direncinden çok daha uzun olmasına rağmen, uydu dünyaya ne kadar yakınsa, bu kuvvetler o kadar büyük olur.
Resim kaynağı: NASA
4) Güneş sistemindeki diğer yıldızların yerçekimi etkisi.
Dünya tamamen izole bir sistem olmadığı gibi uydular için tek yerçekimi kaynağı da değildir. Hayır; ay, güneş ve diğer tüm gezegenler, kuyruklu yıldızlar, asteroitler vb. Rahatsız edici bir çekim kuvveti üretecek ve bu da yalnızca yörüngenin hareket etmesine değil, aynı zamanda zamanla (ortalama olarak) bozulmasına neden olacak. Dünya mükemmel bir nokta olsa bile - örneğin, bir atmosfer olmadan dönmeyen bir kara deliğe dönüşse ve uydular% 100 güneş rüzgârıyla korunuyorsa, bu uydular sonunda bozunacak ve dünyanın merkezine doğru dönecek. Güneşin ömründen daha uzun bir yörüngede yaşamaları gerekir, ancak yine de tamamen kararlı bir sistem değildir; uydunun yörüngesi yine de çökecektir.
Resim kaynağı: Pyle / California Institute of Technology / Massachusetts Institute of Technology / Leger Laboratories
5) Görelilik etkisi.
Newton yasaları ve geleneksel Kepler yörüngeleri açıklanamaz. Aynı kuvvet, Merkür'ün yörüngesinin yüzyıl başına 43 inçlik bir hızla hareket etmesine neden olur ve ayrıca yörüngenin bu kadar yavaş bir hızda bozulmasına ve bozunduğunda yerçekimi dalgalarının serbest kalmasına neden olur. Zayıf yerçekimi alanları için (güneş sisteminde bulduğumuz gibi), bozunma hızı çok yavaştır: Dünyanın güneşe dönmesi yaklaşık 10 ^ 150 yıl sürer ve düşük Dünya yörüngesindeki uyduların bozunma hızı bundan daha küçüktür. Yüz binlerce kez. Öyle bile olsa, bu bozunma gücü hala var. Gezegene yakın uydular üzerinde, gezegenden uzaktaki uydulardan çok daha etkilidir. Bu, genel göreliliğin kaçınılmaz sonucudur.
Görsel hakları: NASA / California Institute of Technology / University of Arizona, Phobos, Mars Reconnaissance Orbiter'dan (renk geliştirme).
Bu bozulma özellikleri yalnızca yapay uydularımızı değil, diğer gezegenlerin etrafındaki yörüngelerde bulduğumuz bazı doğal uyduları da etkiler! Örneğin, Mars'taki en derin uydu olan Phobos, gelgit kuvvetleri nedeniyle parçalanmaya ve bu kızıl gezegenin atmosferine dönüşmeye mahkumdur. Mars'ın atmosferi, dünya atmosferinin yalnızca 1 / 140'ı kadar olmasına rağmen, Mars'ın atmosferi hala büyük ve dağınıktır.Ayrıca, Mars güneş rüzgarı tarafından engellenmez (dünyanın manyetik bir alana sahip olmasının aksine), Phobos'un on milyonlarca yıl düşmeye ve ölmeye devam etmesine neden olur. . Bu uzun bir süre gibi görünüyor, ancak güneş sisteminin yaşam döngüsünde zamanımızın sadece% 1'i!
Görsel hakları: NASA / Cornell Üniversitesi, Galileo uzay aracı, Jüpiter'in en içteki uydusu Metis.
Jüpiter'in en yakın ayı Io değil, mitoloji hayranları tarafından Zeus'un ilk eşi olarak görülen Metis'tir. Io'da Io'ya en yakın olanı Metis olan dört küçük uydu vardır. Io'nun atmosferinden sadece yaklaşık 0,8 Jüpiter yarıçapındadır. Jüpiter için bozunmanın ana nedeni ne atmosfer ne de güneş rüzgarıdır; Metis'in yörüngesinin yarı ekseni sadece 128.000 kilometredir ve gezegenin Jüpiter'in presesyonunun ana nedeni olacak olan devasa gelgit kuvvetlerine tabidir.
Gelgit kuvvetleri bazen hakimiyet kurar İşte çarpıcı bir örnek: 1994 yılında Jüpiter ile çarpışan ve gelgit kuvvetleri tarafından parçalanan "Shoemaker Levi 9" kuyruklu yıldızı! Bu, büyük bir nesneye yakın yörüngede dönen herhangi bir büyük uydu için önemli bir faktördür ve aynı zamanda ana yıldızın yörüngesindeki tüm uyduların nihai kaderidir.
Görsel hakları: Weaver, Smith (Uzay Teleskobu Bilim Enstitüsü) ve NASA. "Shoemaker Levi 9" kuyruklu yıldızı Jüpiter ile çarpışmasına yaklaşırken paramparça oldu.
Her faktör, herhangi bir uyduyu temelde kararsız hale getirecektir. Yeterli zaman verilirse ve diğer kararlı etkilerin eksikliği, sonunda her şey azalacaktır. Sadece düşük Dünya yörüngesinde, atmosferik direnç o kadar büyük ki, çürümenin zaman ölçeği, insanların yaşam süresinden daha küçük! Tüm yörüngeler kararsız olmasına rağmen, bazı yörüngeler diğerlerinden daha kararsızdır.
Referans
1. Wikipedia Ansiklopedisi
2. Astronomik terimler
3. forbes-küçük çilek er
İlgili herhangi bir içerik ihlali varsa, silmek için lütfen 30 gün içinde yazarla iletişime geçin
Lütfen yeniden basım için yetki alın ve bütünlüğü korumaya ve kaynağı belirtmeye dikkat edin
