Для чего служат естественные спутники. Спутники планеты Венера

Почему для того, чтобы передать, например, телевизионный сигнал, из Нью-Йорка в Москву, требуется запускать далеко в космос какой-то аппарат? Ответить на этот вопрос очень простой: Земля имеет форму шара. Радиоволны, на которых в виде электромагнитных колебаний передается звук, изображение и даже компьютерные данные, распространяются по прямой линии. Они не могут огибать Землю и не могут проходить сквозь ее толщу. Из какой бы точки Земли мы не отправили в путь радиоволны, они неизбежно уйдут прочь от нашей планеты, в космос. Правда, часть радиоволн как от зеркала отражается от ионосферы - особого слоя, окружающего Землю. Отражается – и снова попадает на поверхность планеты, за многие сотни и тысячи километров от передатчика. На этом явлении основана дальняя радиосвязь. Именно поэтому с помощью обычного приемника мы можем слышать радиопередачи из Америки или Китая.

Но вот беда – с помощью таких волн (их называют короткими, средними и длинными) нельзя передать ни телевизионное изображение, ни качественный звук, ни большой объем данных. Для передачи телевизионного сигнала или качественной музыки нужны особые радиоволны с высокой частотой колебаний. Их называют ультракороткими. Ультракороткие волны от ионосферы не отражаются и беспрепятственно уходят в космическое пространство. Как же сделать так, чтобы телевизионное изображение на ультракоротких волнах можно было передать на дальнее расстояние? Правильно! Нужно поймать волны в космосе и перенаправить их обратно на Землю. Туда, где находится приемник. Вот для этого и существуют спутники связи. Если говорить упрощенно – спутник связи – это подвешенное в космосе зеркало для радиоволн. Спутник висит так высоко, что для него города расположенные далеко друг от друга, например, Лондон и Стамбул "видны" как на ладони. К обоим городам от спутника могут свободно идти радиоволны, не встречая никаких препятствий. И к спутнику из этих столиц (да и из множества других мест на Земле) волны идут также свободно. Спутник помогает радиосигналу "перпрыгнуть" через кривизну земного шара.

В чем-то спутник связи схож с высокими телевизионными башнями. Ведь чем выше башня, тем дальше может передаваться радиосигнал. Если вершина телебашни находится в пределах прямой видимости, ты можешь принимать с нее на свой телевизор телепередачи. Но стоит отъехать дальше – башня скроется за горизонтом (то есть за изгибом Земли) Теперь радиоволны до твоего телевизора не дойдут. Спутник находится на десятки тысяч километров выше, чем самая высокая башня. Поэтому он одновременно может передавать свои волны на огромную часть земного шара.

Однако у спутника и башни есть существенное различие. Если телевизионная вышка стоит на одном месте, то спутник должен лететь с огромной скоростью (больше 8 километров в секунду!) вокруг Земли. Иначе он просто упадет. Таковы законы физики. Как же сделать так, чтобы он, подобно вершине телебашни, всегда находился в одной точке? Спутники, наблюдающие за земной поверхностью, или орбитальные космические корабли летают не очень высоко – примерно на высоте 200 – 300 километров. В хорошую ясную ночь их даже можно увидеть с Земли. Вот яркая точка показалась над горизонтом, пролетела по небу и через какие-нибудь минуты вновь исчезла за горизонтом. И хотя точка на Земле, в которой стоит наблюдатель, так же как и спутник вращаются вокруг земной оси, космический аппарат обгоняет земную поверхность. Он летит быстрее, чем вращается Земля.

Чтобы спутник находился в небе постоянно в одной и той же точке, его нужно запустить на очень большую высоту. Тогда орбита – путь, который он будет описывать вокруг нашей планеты, окажется очень длинным. Время обращения спутника и время обращения любой точки на земной поверхности вокруг оси планеты станут одинаковыми. Говоря научным языком, у спутника и поверхности планеты сравняется угловая скорость.

Понять это можно на очень простом примере. Если на вращающемся колесе закрепить, ну например, два пластилиновых шарика – один на внешней стороне колеса, другой на внутренней, ближе к оси, то можно заметить, что шарик у обода несется с большой скоростью, а тот, что у центра – еле движется. Однако относительно друг друга они неподвижны и находятся на одной и той же линии. Угловая скорость у них одинаковая. Шарик у оси – это поверхность Земли. Шарик на внешней стороне колеса – спутник связи, вращающийся по орбите.

Орбита, позволяющая спутнику как бы неподвижно висеть над поверхностью Земли, называется геостационарной. Она имеет форму круга и проходит примерно над земным экватором – линией, отделяющей Северное полушарие от Южного. Именно с такого спутника, находящегося за 35 – 40 тысяч километров мы принимаем телепрограммы на "антенны", которыми мало-помалу стали обрастать дома в нашей стране.

Телекоммуникационные спутники обычно размещаются на геостационарной орбите (GEO). которая является круговой орбитой с высотой в 35 786 километров над экватором Земли и следуют по направлению вращения Земли. У объекта в GEO есть орбитальный период, равный периоду вращения , поэтому для наземных наблюдателей он кажется неподвижным и занимает фиксированное положение на небе.

Спутники в GEO позволяют осуществлять постоянную связь , передавая сигналы радиочастот от стационарных антенн. Эти сигналы не очень отличаются от сигналов, которые используются при передаче широковещательного наземного телевидения и обычно имеют частоту в 3-50 раз выше. Сигнал, принимаемый спутником, усиливается и передается обратно на Землю, позволяя устанавливать связь между точками, расположенными на расстоянии тысяч километров между собою.

Особое свойство, которое делает геостационарные спутники чрезвычайно привлекательными, является их способность к передаче информации . Ретранслируемый сигнал может быть принят антеннами где угодно в зоне охвата спутника, сопоставимой с размером страны, области, континента или даже всего полушария. Любой человек у которого есть небольшая антенна 40-50 см в диаметре, может стать прямым пользователем спутника.

Спутник, работающий на геостационарной орбите, не нуждается ни в каком двигателе и его пребывание на орбите Земли может продлиться долгие годы. Трение от тонких верхних слоев атмосферы в конечном счете замедлит его и заставит опускаться все ниже и, в конце концов, он сгорит в более низких слоях атмосферы.

Если спутник запускается с большим количеством топлива, он перемещается быстрее и радиус его орбиты больше. Большая орбита означает, что угловое движение спутника вокруг Земли медленнее. Как пример, Луна, находящаяся в 380 000 км от Земли, имеет орбитальный период в 28 дней.

Спутники находящиеся на околоземной орбите (LEO), такие как , многие научные и спутники наблюдения работают в намного более низких высотах: они делают полный круг обращения вокруг Земли приблизительно за 90 минут на высотах в нескольких сот километров.

Телекоммуникационные спутники могут также находиться на LEO, будучи видимыми с любого места в течение 10-20 минут. Чтобы гарантировать непрерывность передачи информации в таком случае понадобиться развертывание десятков спутников.

Телекоммуникационные системы на LEO могут потребовать 48, 66, 77, 80 или даже 288 спутников для оказания необходимых услуг. Несколько из этих систем были развернуты, чтобы обеспечить связь для мобильных терминалов. Они используют относительно низкие частоты (1.5-2.5 ГГц), которые находятся в том же самом диапазоне, как и частоты, используемые в мобильных сетях с GSM. Тот факт, что для данного типа спутников не требуется каких-либо дорогостоящих передающих и принимающих устройств – плюс для них: никакое тщательное отслеживание спутника в этом случае не нужно. Кроме того, низкая высота минимизирует задержку времени прохождения сигнала и требует меньше мощности передатчиков, необходимых для установления связи.

В широком смысле спутник - это попутчик или товарищ, тот, кто сопровождает кого-то в пути. Но спутники есть не только у людей. Планеты тоже имеют своих «попутчиков». Какие они бывают? Когда впервые появился искусственный спутник?

Возникновение спутников

В астрономии понятие «спутник» впервые появилось благодаря ученому Иоганну Кеплеру. Он употребил его ещё в 1611 году в своей работе Narratio de Iovis Satellitibus. В обычном понимании планетные спутники - это космические тела, которые вращаются вокруг планет. Они обращаются по собственной орбите под действием гравитационных сил своего «старшего компаньона».

Естественные спутники - это тела, которые появились природным путем, без участия человека. Они могут образоваться из газа и пыли или же из осколка какого-либо небесного тела, захваченные силами притяжения планеты. Попадая под влияние гравитационных сил, они преобразовываются, например, сжимаются и уплотняются, приобретают шарообразную форму (не всегда) и т. д.

Предполагается, что большинство современных спутников планет - их осколки, отколовшиеся в результате столкновения, или бывшие астероиды. Как правило, они состоят изо льда и минералов, в отличие от планет, не имеют металлического ядра, усеяны кратерами и разломами.

При открытии спутника ему присваивают номер. Затем первооткрыватель имеет право его назвать по собственному усмотрению. Традиционно их имена связывают с мифологией. Лишь у Урана они названы в честь литературных персонажей.

Спутники планет

У планет может быть самое разнообразное количество «компаньонов». У Земли он всего один - Луна, а вот у Юпитера их насчитывается 69. У Венеры и Меркурия спутников нет. Периодически появляются заявления об их обнаружении, однако все они вскоре опровергаются.

Спутник Юпитера, Ганимед, считается самым большим в Солнечной системе. Он состоит из силикатов и льда, а в диаметре достигает 5 268 километров. Полный оборот вокруг Юпитера занимает у него 7 дней и 3 часа.

У Марса два «попутчика» с впечатляющими названиями Деймос и Фобос, что с греческого языка переводится как «ужас» и «страх». Они обладают формой приближенной к трехосному эллипсоиду (длина полуосей неодинакова). Ученые утверждают, что скорость Фобоса постепенно снижается, а сам он приближается к планете. Однажды он просто упадет на Марс или же разрушится, образовав планетное кольцо.

Луна

Единственный естественный земной спутник - Луна. Это самое близкое и наиболее изученное нами небесное тело за пределами планеты Земля. Она обладает ядром, нижней, средней, верхней мантиями и корой. Также на Луне есть атмосфера.

Кора спутника состоит из реголита - остаточного грунта из пыли и каменистых обломков метеоритов. Поверхность Луны покрыта горами, бороздами, хребтами, а также морями (крупные низменности, покрытые застывшей лавой). Её атмосфера сильно разрежена, из-за чего небо над ней всегда черное и звездное.

Движение Луны вокруг Земли сложное. На него влияет не только гравитация нашей планеты, но и её сплюснутая форма, а также притяжение Солнца, которое притягивает Луну сильнее. Её полное обращение занимает 27,3 суток. Её орбита находится в плоскости эклиптики, в то время как у большинства других спутников она расположена в зоне экватора.

Луна вращается и вокруг своей оси. Однако это движение синхронизировано так, что к Земле она повернута всегда одной и той же стороной. Такое же явление наблюдается и у Плутона с его спутником Хароном.

Искусственные спутники

Искусственные спутники - это аппараты, созданные человеком и отправленные на околопланетную орбиту. Внутри них находятся различные приборы, необходимые для исследований.

Как правило, они беспилотные и управляются с земных космических станций. Чтобы запустить их в космос, используют специальные пилотируемые аппараты. Спутники бывают:

исследовательские - для изучения космоса и небесных тел;
навигационные - для определения местоположения объектов Земли, определения скорости и направления приемника сигнала (GPS, "Глонас");
спутники связи - передают радиосигнал между отдаленными точками на Земле;
метеорологические - получает данные о состоянии атмосферы для прогнозирования погоды.

Первый искусственный спутник Земли был выпущен в период Холодной войны в 1957 году. Он был отправлен от СССР и назывался "Спутник-1". Годом позже США выпустили «Эксплорер-1». Только через несколько лет за ними последовали Великобритания, Канада, Италия, Франция, Австралия и многие другие страны.

Современная жизнь человека уже немыслима без искусственных спутников земли, поскольку с их помощью мы следим за погодой и делаем ее прогноз, спутники обеспечивают человеку связь на далекие расстояния, при помощи спутников человек проводит уникальные различные исследования в условиях космоса, чего на Земле сделать в принципе невозможно. А ведь истории жизни спутника нет еще и 60 лет. Первый искусственный спутник Земли был запущен в СССР 4 октября 1957 года, ровно 56 лет назад. На данный момент вокруг нашей планеты летает громадное число различных спутников на разных орбитах, выполняющих разную работу. Так какие же спутники обслуживают человека?

Спутники, обеспечивающие связь — это наверное самый популярный вид работы спутника и, так сказать, самый очевидный, ведь на большой высоте сигналы получаемые и испускаемые спутником можно принимать в земных точках, находящихся на значительном удалении друг от друга. При помощи спутников-связистов мы смотрим телепередачи, разговариваем по телефону, выходим в сеть Интернет.

Спутники, обеспечивающие навигацию на земле. Наверняка, многие слышали о навигации GPS при помощи которой человек может с большой точностью определять местоположение определенных объектов. Эту работу как раз и выполняют спутники-навигаторы. С помощью GPS-навигаторов, встроенных в мобильные телефоны, КПК и автомобильные компьютеры любой человек может определить свое местонахождение и прокладывать маршруты с учетом дорожных знаков, искать на карте нужные ему дома и улицы и т. д.

Следующим самым востребованным спутником является метеоспутник, который ведет наблюдение за изменениями земной погоды и исследует климат нашей планеты. Именно благодаря метеоспутникам синоптики составляют свои прогнозы погоды.

Конечно же, военные не могли пропустить такой шикарной возможности, как шпионить друг за другом из космоса. Как говорится, высоко сижу, далеко гляжу. Спутники-шпионы умеют делать фотографии объектов на Земле высокой четкости, прослушивать системы связи, осуществлять слежку и проч.

Спутники также являются незаменимыми помощниками для ученых в их научных исследованиях. Научно-исследовательские спутники изучают магнитное поле Земли, радиационную обстановку, их используют геодезисты, картографы и другие специалисты. Частным видом научно-исследовательских спутников являются биоспутники, на которых ученые проводят свои эксперименты, решают различные технические проблемы космонавтики и т. д.

Ну и конечно же, в своих исследованиях спутники используются астрономами, которые могут наблюдать из космоса за далекими галактиками и другими космическими объектами, при этом земная атмосфера не искажает сигналы, полученные из космоса. Одним из самых известных астрономических спутников является знаменитый телескоп Хаббла.