تعداد نظرات
0 دیدگاه
تعداد لایک
5 پسندیدن
تاریخ انتشار
یکشنبه ۲۱ آذر ۱۴۰۰
بازدید
267 نفر
زمین چگونه و با چه سرعتی حرکت می کند؟
زمین چگونه و با چه سرعتی حرکت می کند؟
سرعت یک کمیت نسبی است یعنی شما نمی توانید سرعت یک شیء را نسبت به خودش بسنجید. به عبارتی باید سرعت آن را با مقایسه با چیز دیگری پیدا کنید (این یکی از قضیه های اینشتین نیز هست). اگر کسی این سوال را از ما پرسد که زمین با چه سرعتی حرکت می کند؟ باید مشخص کنیم که می خواهیم این سرعت را در کدام دستگاه اندازه گیری بسنجیم؟
ما می توانیم از کسی که این سؤال را پرسیده، بپرسیم که سرعت زمین را با توجه به چه چیزی (محور خودش، در مقایسه با خورشید یا در مقایسه با کهکشان راه شیری یا کهکشان های گروه محلی ما) می خواهد بداند؟ به این ترتیب است که می توانید به این سؤال پاسخ دهید.
پیچیدگی حرکت زمین
زمین همان طور که به دور محورش می چرخد، به دور خورشید نیز می گردد. و هم زمان تمام منظومه ی شمسی ما هم به آهستگی دور کهکشان راه شیری می گردد. کهکشان راه شیری ما نیز به کهکشان های گروه محلی تعلق دارد. و در عین حال که اینها هم حرکت می کنند.
زمین چند نوع حرکت دارد:
زمین با چه سرعتی به دور محورش می چرخد؟
24 ساعت طول می کشد تا زمین یک دور به طور کامل به دور محورش بچرخد در حالی که خورشید در آسمان سر جایش قرار دارد.
این دوره روز خورشیدی نامیده می شود. در طول یک روز خورشیدی، زمین طوری در مدارش به دور خورشید حرکت می کند که کمی متفاوت تر از شب پیش به سمت ستاره ها رو می کند.
اما 23 ساعت و 56 دقیقه و 09/4 ثانیه طول می کشد تا زمین یکی بار طوری به دور خوردش بچرخد که ستارگان در همان مکانی که در آسمان بودند قرار داشته باشند. این دوره روز نجومی نامیده می شود.
بنابراین طبق روز نجومی ستاره ها هر روز چهار دقیقه زودتر طلوع می کنند.
در استوا سطح زمین در 24 ساعت 40000 کیلومتر طی می کند. یعنی با سرعتی حدود 1040 مایل در ساعت یا 1670 کیلومتر در ساعت یا 5/0 کیلومتر در ثانیه حرکت می کند. این سرعت با تقسیم محیط زمین در استوا ( حدود 24900 مایل یا 40070 کیلومتر) بر تعدادساعات یک روز (24 ساعت) به دست می آید. هنگامی که شما به طرف هر یک از قطب ها حرکت می کنید، این سرعت تقریبا به صفر کاهش پیدا می کند (چون که محیط دایره چرخشی در عرض های جغرافیایی خیلی زیاد به صفر نزدیک می شود).
زمین با چه سرعتی به دور خورشید می گردد؟
زمین چگونه و با چه سرعتی حرکت می کند؟
365 روز و شش ساعت و نه دقیقه و 54/9 ثانیه طول می کشد تا زمین یک بار به دور خورشید بگردد. این زمان سال نجومی نامیده می شود. به عبارتی زمین در یک شماره کامل از زمان در اطراف خورشید نمی گردد. این تقویم با فصل ها همگام نیست و هر سال شش ساعت با وضعیت فصل ها اختلاف دارد. به خاطر همین هر چهار سال یک روز به سال اضافه می شود تا سال همپای فصل ها پیش برود. سال هایی که یک روز به آنها اضافه می شود، کبیسه نامیده می شود و 366 روز دارند. در ایران این روز اضافی هر چهار سال به پایان اسفندماه اضافه می شودو ماه 29 روزه ی اسفند، 30 روزه می شود.
فاصله ای را که زمین در مدارش به دور خورشید می پیماید، 584 میلیون مایل به 940 میلیون کیلومتر است. زمین در یک ساعت 66700 مایل به 107000 کیلومتر با 5/18 مایل در ثانیه با 30 کیلومتر در ثانیه را در مدارش به دور خورشید می پیماید. مدار زمین روی یک سطح صاف فرضی در اطراف خورشید به نام صفحه ی مداری قرار گرفته.
زمین به طور متوسط 93 میلیون مایل با 149600000 کیلومتر از خورشید فاصله دارد. این فاصله واحد نجومی AU نامیده می شود و برای مقایسه ی فاصله ی بقیه سیارات و ستارگان هم به کار می رود.
منظومه ی شمسی ما با چه سرعتی در داخل کهکشان راه شیری حرکت می کند؟
زمین چگونه و با چه سرعتی حرکت می کند؟
خورشید حدود 36000 سال نوری از مرکز کهکشان راه شیری فاصله دارد. خود کهکشان راه شیری از طرفی به طرف دیگر 80000 تا 120000 سال نوری عرض و کمتر از 7000 سال نوری ضخامت دارد. ما روی یکی از بازوهای چرخشی کهکشان در خارج به سمت گوشه قرار داریم. 200 تا 250 میلیون سال طول می کشد تا خورشید و منظومه ی شمسی ما یک بار به دور کهکشان راه شیری بگردند.
در این مدار، ما همراه با منظومه ی شمسی خودمان با سرعتی معادل 155 مایل در ثانیه یا 250 کیلومتر در ثانیه سفر می کنیم.
کهکشان راه شیری با چه سرعتی در داخل گروه محلی کهکشان ها حرکت می کند؟
کهکشان راه شیری فقط یک کهکشان در یک گروه از کهکشان ها به نام گروه محلی ست. در داخل گروه محلی، کهکشان راه شیری با سرعتی حدود 185 مایل در ثانیه یا 300 کیلومتر در ثانیه حرکت می کند.
مرکز یادگیری سایت تبیان
گردآوری: ستاره نوربخش - تنظیم: یگانه داودی
منبع مطلب : article.tebyan.net
مدیر محترم سایت article.tebyan.net لطفا اعلامیه سیاه بالای سایت را مطالعه کنید.
مدار (سیاره)
مدار (سیاره)
مَدار، در فیزیک، به مسیر جسمی که در اثر نیرویی مرکزگرا (مانند گرانش) به دور جسم یا نقطه‌ای دیگر در فضا می‌گردد، گفته می‌شود. برای مثال، مدار یک سیاره به دور مرکز یک سامانۀ ستاره‌ای، مانند سامانۀ خورشیدی. مدار سیاره‌ها معمولاً بیضی شکل‌اند، اما بر خلاف بیضی، از یک آونگ یا یک جسم متصل به یک رشته پیروی می‌کنند. مرکز خورشید در یکی از دو نقطهٔ کانونی بیضی قرار دارد و نه در مرکز آن. درک کنونی از مکانیک حرکت مداری، که براساس نظریه نسبیت عام آلبرت انیشتین پایه‌گذاری شده‌است می‌گوید: عامل گرانش، با توجه به انحنای فضازمان، با مدار ژئودزیکی که جسم از آن پیروی می‌کند، محاسبه می‌شود. برای سهولت در محاسبه، نسبیت معمولاً توسط نیروی مبتنی بر نظریۀ جهانی گرانش نیوتن، که براساس قوانین حرکت سیارات کپلر پایه‌گذاری شده‌اند، محاسبه و تخمین زده میشوند.
مدار سیاره‌ها[ویرایش]
مطالعۀ ریاضی در مورد مدار سیاره‌ها را نخستین‌بار یوهانس کپلر انجام داد. نیوتن نشان داد که قوانین مداری کپلر با نظریۀ گرانش او توضیح‌پذیر است. نیوتن می‌گوید: هر جسمی یک میدان جاذبه دارد و بر اجسام دیگر کشش وارد می‌کند. همچنین این جاذبه باعث می‌شود که بعضی از اشیاء در مدار بیضوی حرکت کنند.
مثلاً اقمار به‌دور سیارات می‌گردند که خود نیز به دور خورشید می‌گردند، و خورشید خودش به دور مرکز کهکشان راه شیری می‌گردد. در واقع، به جای چرخیدن به دور جسم دارای جرم بیشتر، دو جسم به دور نقطهٔ تعادل، معروف به مرکز مشترک (مرکز جرم مشترک)، می‌چرخند. کِپلر پس از چندین سال مطالعه در حرکت سیارات، در سال ۱۶۱۸م. موفق به کشف قانون سوم خود شد. کپلر بر پایۀ آن یافته‌ها قوانین سه‌گانه زیر را دربارهٔ حرکت سیارات در مدار را بیان کرد:
۱. مدار حرکت سیارات به گِرد خورشید یک بیضی است که خورشید در یکی از دو کانون آن قرار دارد.
۲. خط وصل‌کنندۀ هر سیاره به خورشید در زمان‌های مساوی مساحات مساوی جاروب می‌کند.
۳. مکعب فاصلهٔ متوسط هر سیاره تا خورشید با مربع زمان یک دور کامل گردش سیاره تناسب مستقیم دارد.
قانون دوم کپلر می‌گوید: زمانی که سیاره در نقاط دورتر بیضی در حرکت است، فاصله تا خورشید زیادتر و سرعت حرکت کمتر است. به تدریج که سیاره به نقاط نزدیک‌تر بیضی می‌رسد فاصله تا خورشید کمتر و سرعت سیاره زیادتر می‌شود. این تغییر در سرعت سبب می‌شود که سیاره چه به خورشید نزدیک و چه از آن دور باشد، مساحت درنوردیده‌اش در فضا در فواصل زمانی ثابت، ثابت بماند. قانون سوم کپلر هم این‌گونه بیان می‌کند که، هرگاه فاصلهٔ متوسط هر سیاره تا خورشید به توان سه، و زمان کامل شدن یک دور سیاره به توان دو رسانیده، و نسبت اعداد حاصل تشکیل شود؛ این نسبت همواره ثابت و برای تمام سیارات یکی است.
درک مدارها[ویرایش]
چند روش معمول درک مدار وجود دارد:
به عنوان یک تصویر از یک مدار اطراف سیاره، مدل توپ نیوتن ممکن است مفید باشد (تصویر A). این یک آزمایش ذهنی است، که در آن یک توپ در بالای یک کوه بلند، قادر به شلیک گلوله توپ به صورت افقی در هر سرعت انتخابی است. اثرات اصطکاک هوا در شلیک توپ نادیده گرفته میشوند (یا شاید کوه به اندازه کافی بالاست که توپ در بالای جو زمین قرار دارد).
مدار ماهواره‌ها[ویرایش]
ماهواره‌ها به دور زمین در یک مسیر بسته، که آن را مَدار می‌نامند در حال گردش هستند. ناظری که خارج از جو زمین قرار گرفته و به زمین می‌نگرد، مشاهده می‌کند که ماهواره‌ها در مسیرهایی به دور زمین در حال چرخشند. این مسیرها می‌توانند دایره‌ای یا بیضوی باشند؛ اما مرکز زمین در هر حالت در مرکز این مسیر یا در نقطۀ کانونی آن قرار می‌گیرد. ماهواره در صورتی که تحت تأثیر نیروهای جاذبۀ دیگری قرار نگیرد، همواره در صفحه‌ای به نام صفحۀ مداری به گردش خود به دور زمین ادامه می‌دهد. حرکت این صفحۀ مداری، به دورۀ مداری و زاویۀ صفحه، با مدار استوا بستگی دارد. اگر این زاویه صفر باشد، صفحۀ مداری منطبق بر صفحۀ استوایی زمین می‌شود.
عناصر مداری، عناصری شش‌گانه‌اند و به تقلید از یوهان کپلر و براساس قوانین حرکت سیاره‌ای‌اش (قوانین کپلر) نامگذاری شده‌اند. هر مدار، توسط این شش عنصر به‌طور کامل تعریف می‌شود و مقدار «مبدأ» زمان اعتبار پارامترها را مشخص می‌کند. برای این پارامترها، به دلیل تغییر جزئی مبناها، هر ۵۰ سال یک مبدأ جداگانه در نظر گرفته می‌شود تا تغییرات مبناها اصلاح گردد.
مدار واقعی (و عناصر مداری آن) اجرام، هنگامی که در معرض آشفتگی‌های گرانشی قرار می‌گیرند، تغییر می‌کند؛ بنابراین، مدار تعریف شده به وسیلهٔ عناصر مداری، فقط تَقریب ریاضیِ مداری در یک زمان خاص است، که مشخصۀ مبدأ، بیان‌کنندۀ آن است.
عموماً ماهواره‌ها به روی سه نوع مدار[۱] که بستگی به نوع کاربرد ماهواره دارد، قرار می‌گیرند:
ماهواره‌های مدار نزدیک زمین[ویرایش]
به ماهواره‌هایی که در در فاصلۀ نسبتاً کمی از سطح زمین قرار دارند، ماهواره‌های مدار نزدیک زمین گفته می‌شود. بیشترین ارتفاع این نوع ماهواره‌ها از سطح زمین میان ۳۲۰ تا ۸۰۰ کیلومتر است (هرچند که تا ارتفاع ۲٬۰۰۰ کیلومتری نیز مدار نزدیک زمین خوانده شده). مسیر حرکت این ماهواره‌ها از غرب به شرق و هم جهت با دَوَران زمین به دور خودش است.
زمان یک دور چرخش به دور زمین در این مدارها، حدود ۹۰ دقیقه است. این مدارها در ارتفاع نسبتاً کمی قرار دارند، در نتیجه می‌توان اجسام نسبتاً سنگین را با یک سیستم پرتاب‌کنندۀ ساده در آنها قرار داد. گفتنی است که بیشتر ماهواره‌هایی که در این مدارها قرار دارند، درصد زیادی (حدود ۵۰ درصد) از وقت خود را در سایۀ زمین می‌گذرانند و باید مجهز به باتری‌هایی باشند که بتوانند وسایل الکترونیکی را در این مدت تغذیه کنند. این مدارها معمولاً برای مشاهدات و فعالیت‌های ماهواره‌های نظامی به کار برده میشوند.
به دلیل نزدیکی فاصلۀ این نوع ماهواره‌ها از سطح زمین، سرعت حرکت این ماهواره‌ها خیلی بیشتر از سرعت دَوَران زمین به‌دور خودش است. سرعت این‌گونه ماهواره‌ها باید به حدی باشد تا به زمین سقوط نکنند. گاهی سرعت آنها به ۲۷٬۰۰۰ کیلومتر بر ساعت نیز می‌رسد.
برخی از ماهواره‌های هواشناسی، ماهواره‌های سنجش از دور و ماهواره‌های جاسوسی از این نوع‌اند.
ماهواره‌های مدار قطبی[ویرایش]
نوعی از ماهواره‌ها را می‌گویند که مسیر مدار حرکت آنها عمود بر خط استوا و مسیر دَوران آن از قطب‌های شمال و جنوب می‌گذرد. مدار قطبی بی‌شباهت به مدارات ارتفاع پایین نیست و تنها فرق اساسی آنها در جهت دَوران ماهواره است؛ ماهواره‌های مدار قطبی از شمال به جنوب در گردشند، برخلاف ماهواره‌های دیگر که از شرق به غرب است.
ماهواره‌های مدارات قطبی جهت مشاهدۀ سطح زمین مورد استفاده قرار می‌گیرند. وقتی که یک ماهوارۀ مدار قطبی در حال دَوران از شمال به جنوب به‌دور زمین است و چون زمین نیز خود از شرق به غرب در حال گردش به دور خود است، این نکته باعث جاروب تمام نقاط موجود بر روی سطح زمین می‌گردد. این کار شبیه پوست کندن یک پرتقال است؛ قسمت به قسمت و در نهایت یک شکل تصویر کروی از سطح زمین. چون اکثر ماهواره‌های مخابراتی در مدار زمین‌ایست قرار گرفته‌اند، این ماهواره‌ها هیچ پوششی بر روی قطب‌های شمال و جنوب ندارند. به همین دلیل و جهت پوشش قطب‌ها از ماهواره‌های مدار قطبی استفاده می‌شود. در واقع این نوع از ماهواره‌ها شمالی‌ترین و جنوبی‌ترین قسمت نیمکره‌ها را پوشش می‌دهند. بعضی از ماهواره‌های هواشناسی، ماهواره‌های سنجش از دور و ماهواره‌های جاسوسی از این نوع‌اند.
ماهواره‌های مدار زمین‌ایست[ویرایش]
این نوع ماهواره‌ها در حالت کلی به روی مدار زمین‌ایست و بر بالای خط استوا، در فاصلۀ ۳۵٬۷۸۶ کیلومتری از سطح زمین قرار دارند.
مدارهای زمین‌ایست دورۀ گردشی، درست برابر گردش زمین دارند. این مدار، مدار ۲۴ ساعته نیز خوانده می‌شود. این ماهواره‌ها با سرعتی حدود سه کیلومتر در ثانیه در مدار زمین‌ایست حرکت می‌کنند. برای ردیابی ماهواره احتیاج به سیستم پیچیده‌ای نیست؛ ماهواره‌ها در مدار ثابت زمینی، با تعداد کم، امکان ایجاد پوشش زیادی را در روی زمین دارند. به عنوان مثال سه ماهواره در روی این مدار برای پوشش بیشتر سطح زمین (به جز قطب‌ها) کافی هستند.
ماهوارۀ نسبت به زاویه‌ای که ایستگاه زمینی آن را می‌بیند، ثابت است، در نتیجه احتیاجی به تغییر جهت آنتن نیست ولی تنظیم آن ضروری است تعداد زیادی از ایستگاه‌های زمینی می‌توانند تحت پوشش یک ماهواره در این مدار قرار گیرند به‌طوری‌که آنتن هر ماهواره می‌تواند حداکثر ۴۲٫۴ درصد سطح کرۀ زمین را بپوشاند. این نوع ماهواره‌های در فضا در مکانی ثابت قرار دارند و همراه با دوران زمین بدور خود، می‌گردند و به دلیل همین ثبات دارای سایه‌ای ثابت (معروف به «جای پا») بر زمین هستند. به مدار ژئوسَنکرون (به انگلیسی: Geosynchronous) مدار زمین‌ایست یا مدار کلارک نیز گفته می‌شود. تمام ماهواره‌های مخابراتی و تلویزیونی از این نوع هستند.
مدارِ زمین‌ایست، یک مدارِ دایره‌ای با شعاع ۴۲٬۱۶۴ کیلومتر است. همه مدارهای زمین، چه مدور یا بیضوی، دارای محور نیم‌قطر بزرگ یا اوج یکسان هستند. در واقع، مدارهایی با دورۀ گردش مشابه، همیشه اوج مشابه‌ای دارند. در موارد خاص از یک مدار زمین‌ایست، رَدگیری مسیر این‌گونه ماهواره‌ها بر روی زمین، تنها یک نقطه در خط استواست. در حالت کلی یک مدار زمین‌ایست با تمایل غیر صفر یا خروج از مرکز و مدار، در صورت تغییر جای نقطۀ آن بر روی زمین، معمولاً پیش از پایان روز نجومی به همان مکان بازمی‌گردد. P دورۀ مداری است، و μ ثابت گرانش زمینی است، و مساوی می‌شود با ۳۹۸۶۰۰٫۴۴۱۸ کیلومتر مکعب (Km3/S2).
ماهواره‌های مدار بیضوی[ویرایش]
این ماهواره‌ها دارای مداری بیضوی هستند. دو نقطه مهم از مدار این ماهواره‌ها نقطه اوج و نقطه حضیض آنها است. قسمتی که به سطح زمین نزدیک می‌شود با نام نقطه حضیض و قسمتی که از سطح زمین دور می‌شود به نام نقطه اوج نامیده می‌شود. مسیر حرکت و دوران این نوع ماهواره مانند ماهواره‌های قطبی از سمت شمال به جنوب است.
انواع پوشش‌های ماهواره‌ای[ویرایش]
برای اینکه بتوان هر نوع متقاضی را زیر پوشش قرار داد و تسهیلات لازم جهت ارائه سرویس‌های مورد نیاز را فراهم کرد، بر روی ماهواره آنتن‌های گوناگونی برای پوشش‌های مختلف در نظر گرفته می‌شود.
از نظر نواحی و کشورهای زیر پوشش می‌توان ماهواره‌های مخابراتی را در سطح جهان به سه گروه تقسیم کرد:
دستگاه‌های ارتباطی ماهواره‌ها در باند مایکروویو عمل می‌کنند در واقع ماهواره‌ها صرفاً ایستگاه مایکروویو غول پیکری است در مدار زمین که با کمک پایگاه زمینی بازپخش می‌شود. این مدار تقریباً دایره شکل در ارتفاع ۳۶۸۰۰ کیلومتری بالای خط استوا قرار دارد و در این فاصله سرعت ماهواره با سرعت زمین برابر است و نیروی خود را به وسیله سلول‌های خورشیدی از خورشید می‌گیرد. نیروی جاذبه زمین شتاب زاویه شیء قرار گرفته در مدار را دقیقاً بی‌اثر می‌سازد. در این فاصله دور چرخش ماهواره‌ها با حرکت دورانی زمین کاملاً هم‌زمان و برابر است و باعث می‌شود ماهواره نسبت به نقطه مفروض روی زمین ثابت بماند.
زمینی در کشور اطلاعات را با فرکانس ۶ گیگاهرتز ارسال می‌کند. این فرکانس فرکانس UPLINK نامیده می‌شود. سپس ماهواره امواج تابیده شده را گرفته و با ارسال آن به نقطه دیگر که بر روی فرکانس حامل متفاوت DownLink برابر ۴ گیگا هرتز است عمل انتقال اطلاعات از فرستنده به گیرنده را انجام می‌دهد. در واقع ماهواره اطلاعات گرفته شده را به سمت مقصد تقویت و رله می‌کند. آنتن ماهواره ترانسپوندر نام دارد. از مدار هم‌زمان با زمین هر نقطه از زمین بجز قطبین در Line of sight است؛ و هر ماهواره می‌تواند تقریباً ۴۰ ٪ از سطح زمین را بپوشاند. آنتن ماهواره‌ها را طوری می‌شود طراحی کرد که علائم پیام‌رسانی ضعیف تر به تمام این ناحیه فرستاده شود یا علائم قویتر را در نواحی کوچکتری متمرکز کند. بر حسب مورد این امکان وجود دارد که از ایستگاه زمینی در کشوری فرضی به چندین ایستگاه زمینی دیگر واقع در کشورهای گوناگون علائم ارسال کرد. به‌طور مثال: وقتی برنامه‌ای تلویزیونی در تمام شهرها و دهکده‌های یک یا چند کشور پخش شود در این حالت ماهواره ماهواره پخش برنامه‌است ولی وقتی علائم ارسال ماهواره در سطح گسترده‌ای از زمین انتشار یابد ایستگاه‌های زمینی باید آنتن‌های بسیار بزرگ و پیچیده‌ای داشته باشند. هنگامی که علائم ارسالی ماهواره در محدوده کوچکترین متمرکز میشوند و به حد کافی قوی هستند می‌توان از ایستگاه‌های زمینی کوچکتر ساده‌تر و ارزانتر استفاده کرد.
از آنجاییکه ماهواره‌ها برای جلوگیری از تداخل امواج رادیویی باید جدا از هم باشند لذا شماره مکان‌های مداری در مدار هم‌زمان با زمین که امکان استفاده آن برای ارتباطات وجود دارد محدود است. از این رو جای شگفتی نیست که وظیفه مدیریت در امور دستیابی به مدار و استفاده از فرکانس‌ها برای انواع روزافزون و متنوع کاربردهای زمینی و ماهواره‌ای به وسیلهٔ شمار روزافزونی از کشورها بی‌نهایت دشوار شده‌است. از سویی استفاده از ماهواره‌ها در کش. رهای متمدن و پیشرفته به عملکرد دقیق و عملیات روز به روز دقیق تر نه تنها از نظر به‌کارگیری شیوه خودشان بلکه از نظر همسایگانشان در مدار هم‌زمان با زمین نیاز می‌باشد. برخی از ماهواره‌ها نیز در مدار ناهم‌زمان با چرخش زمین non- geosynchronous قرار داده میشوند. در ماهواره‌های ناهم‌زمان با مدار زمین ماهواره دیگر در دید ایستگاه زمینی نیست زیرا که سطح افق زمین را پشت سر می‌گذارد و از دسترس خارج می‌شود در نتیجه برای اینکه ارسال ماهواره ادامه یابد به چندین ماهواره از این نوع نیاز است و چون نگهداری و ادامه کار چنین شیوه ارتباطی بسیار پیچیده و گران است لذا کاربران و متخصصان طراحی ماهواره‌ها بیشتر جذب ماهواره هم‌زمان با زمین می‌شود.
تکنولوژیِ ماهواره‌ها، ارتباطات و صدا و سیما[ویرایش]
ایده استفاده از ماهواره‌های ساخت دست بشر، برای اولین بار در پایان جنگ جهانی دوم بر سر زبان‌ها افتاد. دانشمند، ریاضی‌دان و نویسنده مشهور انگلیسی آرتور سی کلارک Arthur C Clarke یکی از بزرگترین خالقان داستان‌های تخیلی، برای اولین بار پیشنهاد قرار دادن یک ماهواره ارتباطی را در مدار ژئوسنکرون زمین Geostationary Orbit یا مدار کلارک که در فاصله تقریباً ۳۶۰۰۰ کیلومتری سطح زمین و بالای خط استوا (جایی که قابلیت دسترسی به تقریباً ۴۰٪ سطح زمین در آن مکان وجود دارد) قراردارد، را جهت پوشش سیگنال‌های رادیو یی و تلویزیونی را داد.
ماهواره‌ای که در مدار ژئوسنکرون زمین و در بالای خط استوا و هماهنگ با سرعت زمین و با زاویه‌ای ثابت، حرکت می‌کند، قسمت مشخصی از سطح زمین را به‌طور ثابت پوشش می‌دهد. از یک ایستگاه زمینی نیز به صورت یک نقطه ثابت، قابل رویت است. ماه، خورشید، و دیگر ستارگان و سیارات منظومه شمسی باعث تا ثیرگذاری بروی ماهواره در مدار خود می‌شود که احتمال جابجایی از مکان خود را دارد. برای جلوگیری از این مسیله، موتورهای مخصوصی که به وسیلهٔ ایستگاه‌های زمینی کنترل میشوند، کمک می‌کنند که ماهواره‌ها در مکان خود ثابت باقی بمانند.
جهت برقراری ارتباط از یک ایستگاه زمینی، معمولاً احتیاج به یک دیش بزرگ که به نام Uplink Antenna معروف است، می‌باشد و باعث تمرکز اطلاعات ارسالی به ماهواره می‌شود. در ارتباط بین ماهواره و ایستگاه زمینی معمولاً از دو نوع موج و فرکانس متفاوت استفاده می‌شود. یکی برای Uplink و دیگری برای Downlink. دیش نصب شده بروی ماهواره، سیگنال ارسالی از ایستگاه زمینی را دریافت کرده و به یک دستگاه گیرنده می‌رساند و پس از یک سری پردازش، به فرستنده ماهواره انتقال می‌دهد و از طریق آنتن فرستنده ماهواره، مجدداً به سمت زمین باز تابش داده می‌شود.
سیگنال ارسالی به سطح زمین، به وسیلهٔ دیش‌های معمولی، دریافت و جمع‌آوری شده و به دستگاه گیرنده ماهواره، از طریق LNB انتقال پیدا می‌کند. قدرت سیگنال دریافتی بر روی زمین، نسبت به فاصله و زاویه و… ماهواره و نقطه گیرندگی، متفاوت بوده و به صورت یک الگوی خاص به نام سایه ماهواره یا footprint معرفی می‌شود.
همیشه قدرت سیگنال ماهواره در مرکز سایه، بیشترین مقدار را دارا می‌باشد و در گوشه‌ها، از کمترین مقدار، برخوردار است. توجه به این نکته لازم است که دریافت سیگنال در خارج است سایه، احتیاج به دیش‌های بزرگ‌تر، دارد. امواج سانتی‌متری، جهت ارسال سیگنال ماهواره به زمین، مورد استفاده قرار می‌گیرد که محدوده فرکانسی آنها بین ۳–۳۰ MHz می‌باشد.
دلیل اصلی استفاده از این امواج رادیویی کوتاه، انتشار راحت امواج و تأثیرات کم نویز و مزاحمت‌های فرکانسی است. البته فرکانس‌های بالاتر از ۱۵ Ghz، به صورت وحشتناکی به وسیلهٔ اکسیژن هوا و بخار آب تضعیف می‌گردند. ماهواره‌ها سیگنال‌های ارسالی خود را به صورت قطبی و با دو حالت افقی و عمودی ارسال می‌کنند و گاهی اوقات نیز به صورت دورانی، چپ گرد و راست گرد. در سیستم‌های دیجیتال، امکان ارسال DATA و چندین شبکه تلویزیونی و رادیویی بروی یک فرکانس وجود دارد.
لغت ماهواره طبق تعریف، به سفینه‌ای گفته می‌شود که درمداری به دوریک سیاره معمولاً زمین در حال گردش باشد. در عصری که ما در آن زندگی می‌کنیم، ماهواره و تکنولوژی وابسته به آن آنچنان درتاروپود جوامع بشری نفوذ کرده و به پیش می‌تازد که نقش تعیین‌کننده آن در سیر تحولات تمدن بشری، قابل توجه‌است. بخشی از تحقیقات و پژوهش‌های علمی -تخصصی که در آزمایشگاه‌های مستقر در فضا انجام می‌شود، هرگز نمی‌توانست روی کره زمین جنبه عملی به خود گیرد. این تحقیقات که بسیار متعدد و متنوع است، در تخصص‌های پزشکی، داروسازی، مهندسی مواد، مهندسی ژنتیک و ده‌ها مورد دیگر، تا به حال دستاوردهای بسیار ارزنده‌ای را به جوامع بشری عرضه کرده‌است. ماهواره‌ها که در فضا در حال گردشند، می‌توانند اطلاعات باارزشی در اختیار انسان قرار دهند که منجربه تحولات شگرفی در زمینه‌های گوناگون شود. ماهواره‌های کشف منابع زمینی هواشناسی، مخابراتی، پژوهشی و نظامی از این نوعند.
ساختمان ماهواره[ویرایش]
ماهواره از دوبخش تجهیزات مخابراتی و غیرمخابراتی تشکیل شده‌است. زیرسیستم‌های مخابراتی، آنتن‌ها و تکرارکننده‌ها هستند. در بخش مخابراتی، دستگاهی وجود دارد که وظیفه تکرارکننده‌های رله رادیویی را. انجام می‌دهد و (ترانسپاندر) نام دارد ترانسپاندرها سیگنال‌های فرستاده شده از زمین را دریافت و پس از تقویت و تغییر فرکانس آنها را به زمین می‌فرستند. آنتن‌های مربوط به این ترانسپاندرها طوری طراحی شده‌اند که فقط قسمت‌هایی از سطح زمین را که. درون شبکه ماهواره‌ای قرار دارند، پوشش می‌دهد یک ماهواره معمولاً آنتنی همه جهته دارد که برای دریافت سیگنال‌های فرمان صادره از زمین به کار می‌رود زیرا آنتن‌های دیگر ماهواره احتمال دارد به سوی زمین نباشند. آنتن همه جهته همچنین برای کنترل سیستم‌های فرعی در زمان پرتاب ماهواره و تعیین موقعیت آن به کارمی رود. بخش غیرمخابراتی ماهواره که در واقع قسمت پشتیبانی فنی آن است شامل سیستم کنترل حرارتی، سیستم کنترل موقعیت و مدار، ساختمان مکانیکی، سیستم منبع تغذیه و موتور.
ایستگاه‌های زمینی[ویرایش]
ایستگاه‌های زمینی سیستم‌های ماهواره‌ای مخابرات براساس نوع استفاده از آنها عبارت اند از: ایستگاه‌های ثابت، ایستگاه‌های سیار. ایستگاههی زمینی ماهواره معمولاً از چند قسمت تشکیل شده‌اند. آنتن، فرستنده، گیرنده، سیستم‌های کنترل برقراری ارتباط ومنابع تغذیه مورد لزوم ایستگاه هر یک از اجزای فوق شامل قسمت‌های مختلفی اند که متناسب با نوع ایستگاه زمینی، حجم و تجهیزات. آنها متفاوت خواهدبود
آنتن ایستگاه‌های زمینی[ویرایش]
به‌طور کل آنتن فرستنده، انرژی الکتریکی حاصل از یک منبع را در فضا به صورت امواج الکترومغناطیسی پخش می‌کند. سپس آنتن گیرنده این امواج رامی گیرد و به انرژی الکتریکی تبدیل می‌کند. در هر سیستم مخابرات رادیویی، آنتن نقش حساس و مهمی دارد، زیرا با انتخاب آنتن‌های مناسب و نصب و تنظیم صحیح آنها می‌توان تا حد زیادی بازدهی سیستم را بالا برد. علایم و سیگنال‌های فرستاده شده از ماهواره توسط آنتن‌های بزرگ یا کوچک دریافت می‌شود و سپس به دستگاه تقویت‌کننده انتقال می‌یابد. ایستگاه‌های زمینی دارای دو نوع آنتن فرستنده و گیرنده به صورت بشقابی در اندازه‌های مختلف هستند. این آنتن‌ها اطلاعات را به صورت امواج رادیویی به فضا می‌فرستند یا از فضا دریافت می‌کنند. آنتن ایستگاه‌های زمینی در ابعاد بزرگ و ساختمان مکانیکی معینی ساخته میشوند که قطر نوع قدیمی آنها به بیش از ۳۰۰ تن می‌رسد. از آنجا که فرکانس مورد نظر برای سرویس ثابت ماهواره درمحدوده فرکانس‌های مگاهرتز و گیگاهرتزاست، آنتن‌های مورد استفاده. ماهواره تقریباهمه از نوع آنتن‌های منعکس‌کننده هستند
سیستم‌های کنترل و ردیابی فضایی[ویرایش]
این سیستم‌ها به‌طورکلی چهار عمل را انجام می‌دهند
فرمان از راه دور:
عبارت است از فرستادن سیگنال جهت انجام کارهایی که ماهواره برای آن تنظیم شده‌است، مثلاً برای راه‌اندازی یک قسمت خاص یا فرمان برای تغییر مسیر یا پرتاب یک موشک
اندازه‌گیری از راه دور:
عبارت است از سیستمی که اطلاعات دریافت شده از ماهواره یا سفینه‌های فضایی را به صورت علامتهایی مخصوص و قابل درک برای تجهیزات زمینی درمی‌آورد و از این طریق، اندازه‌گیری از مسافتهای خیلی دور انجام می‌شود
ردیابی:
بااین کار موقعیت مداری و سرعت ماهواره و مشخصه‌های دیگر آن گزارش می‌شود
کنترل:
عبارت است از هدایت وسایل بالارونده‌های فضایی و ماهواره در مدار، به وسیله شبکه ایستگاه‌های زمینی بخصوصی که کنترل، یکی از کارهای آنهاست ماهواره‌ها دقیقاً در موقعیت خود نسبت به زمین ثابت نیستند و برای اینکه بتوان آنها را در موقعیت فضایی ازپیش تعیین شده خود ثابت نگه داشت، باید از ایستگاه‌های زمینی به‌طور مرتب تنظیمهایی بروی موقعیت آنها انجام گیرد تا بتوان از انحراف مسیر ماهواره جلوگیری کرد
عوامل مؤثر در هزینه تجهیزات ایستگاه زمینی[ویرایش]
قطر آنتن مهم‌ترین عاملی است که هزینه آنتن را تعیین می‌کند، چون بابزرگ بودن قطر، وزن آنتن سنگین ترمی شود و احتیاج به نگهدارنده‌هایی قویتر پیدا می‌کند و همچنان که شعاع کم می‌شود تجهیزات ردیاب پیچیده‌تر می‌شود. برای آنتن‌های بزرگ مثلاً ۱۱متری و ۱۳ متری سیستم‌های. دریاب کامپیوتری موردنیاز و سیستم هدایت امواج آنتن، بزرگ‌تر و پیچیده‌تر می‌شود در سیستم ارسال، قدرت لازم برای تقویت‌کننده‌های سیگنال، یک عامل تعیین‌کننده در قیمت فرستنده‌است. نه تنها قیمت این تقویت‌کننده‌های سیگنال گران است، تأمین قدرت موردنیاز آن نیز در مناطق دورافتاده باید در نظر گرفته شود، زیرا بیشترین قدرت مصرفی در سیستم، صرف تغذیه تقویت‌کننده‌های سیگنال می‌شود. پس عوامل عمده‌ای که درهزینه تجهیزات یک ایستگاه زمینی مؤثرند عبارتند از: قطر آنتن، مقدار قدرت تقویت‌کننده‌های سیگنال، سیستم‌های جایگزین. تجهیزات اصلی و قطعات یدکی.
پرتاب ماهواره[ویرایش]
ماهواره شیء ای است که بر مدار تقریباً بیضی شکل به دور زمین می‌گردد. نخستین ماهواره در ۴ اکتبر ۱۹۵۷ توسط اتحادیهٔ جماهیر شوروی به فضا پرتاب شد. این ماهواره، اسپوتنیک ۱ نام داشت. این ماهواره کره‌ای به وزن ۶/۸۳ کیلوگرم. به قطر ۵۸ سانتیمتر بود که زمین را بر مداری بیضوی با حضیض زمینی ۲۵۰ کیلومتر و اوج زمینی ۹۳۴ کیلومتر دور می‌زد و هر بار گردش آن به دور زمین ۹۶ دقیقه طول می‌کشید. اسپونتیک ۱ در طول عمر خود راهی برابر با ۵۹۰ کیلومتر را پیمود. برای پرتاب ماهواره، باید:
ماهواره را باید به ارتفاع چند صد کیلومتر برد تا اثر اصطکاک جوی بر حرکت مداریش حداقل شود. اگر بخواهیم ماهواره در مداری دایره‌ای شکل قرار گیرد باید سرعتی عمود بر شعاع زمین به آن داده شود و اگر بخواهیم مدار ماهواره بیضی شکل باشد، سرعتی که به آن می‌دهیم باید اندکی از خط عمود انحراف داشته باشد. برای اینکه از سرعتی که حرکت وضعی زمین به ماهواره می‌دهد بیشترین استفاده ممکن به عمل آید باید ماهواره در استوا و به جانب مشرق پرتاب شود، زیرا در این صورت سرعت موجود حداکثر و حدود ۱۶۰۰ کیلومتر در ساعت خواهد بود. هر شیء ای که در استوا باشد، اگر فرض کنیم که یک بار در ۲۴ ساعت به دور زمین بچرخد دارای چنین سرعتی نسبت به فضا است. (پیرامون زمین ۴۰۰۰۰ کیلومتر است) چنین ماهواره‌ای را تنها ناظرانی می‌توانند ببینند که در استوا یا در نزدیکی آن هستند. این ماهواره فقط اطلاعاتی دربارهٔ عرض جغرافیایی صفر درجه به ما خواهد داد. برای آنکه ماهواره‌ای را همهٔ ناظران زمینی ببینند، باید ماهواره در امتداد شمال – جنوب حرکت کند، ولی این وضعیت امکان استفاده از سرعت «موجود» را منتفی می‌کند. سرعت افقی مناسب بین ۳۰۰۰۰ و ۴۰۰۰۰ کیلومتر در ساعت یا بین ۲/۸ تا ۲/۱۱ کیلومتر در ثانیه‌است. ۸ کیلومتر در ثانیه برای مدارهای کوچک و ۱۱ کیلومتر در ثانیه مناسب مدارهای بسیار بزرگ است. اگر سرعت افقی از ۸ کیلومتر در ثانیه کمتر باشد، ماهواره در مدار قرار نخواهد گرفت و بر سطح زمین سقوط خواهد کرد. اگر این سرعت از ۲/۱۱ کیلومتر در ثانیه بیشتر باشد باز هم در مدار گردش به دور زمین قرار نخواهد گرفت؛ ولی این بار از میدان گرانش زمین خواهد گریخت. معمولاً سه کاری را که برای پرتاب ماهواره باید انجام داد با هم ترکیب می‌کنند. ماهواره را معمولاً به کمک موشکی چند مرحله‌ای در مدار قرار می‌دهند. غرض اصلی از مرحلهٔ نخست این است که ماهواره از کوتاهترین مسیر ممکن (یعنی به خط مستقیم) از بخش غلیظ جو خارج شود و به مناسب‌ترین سرعت دست یابد این کار اثر اصطکاک را به حداقل می‌رساند. مرحله‌های دیگر ماهواره را به حالت افقی درمی‌آورد و سرعت مورد نظر را به آن می‌دهند.
قبل از پرتاب، هر مرحلهٔ موشک با مقدار سوخت لازم پر می‌شود. هر قسمت پس از آنکه وظیفه اش را انجام داد از بقیهٔ موشک جدا می‌شود. یک موشک نمونه برای پرتاب ماهواره، ممکن است شامل سه قسمت و یک دماغهٔ مخروطی باشد. ماهواره وقتی بر مدار قرار گرفت، الی الابد در آن خواهد ماند، زیرا نیروهایی که بر ماهواره وارد می‌آیند، یکدیگر را خنثی می‌کنند، و نیروی کل صفر می‌شود. در ارتفاع‌های زیاد از سطح زمین، تنها دو نیرو بر ماهواره وارد می‌شود:
این دو نیرو، در یک سرعت و یک ارتفاع معین، از نظر اندازه با یکدیگر برابر و از نظر جهت، مخالف یکدیگر هستند؛ بنابراین یکدیگر را خنثی می‌کنند. از این رو ماهواره‌ای که سرعت و ارتفاع مناسب را داشته باشد همچنان بر مدارش حرکت می‌کند، زیرا نیرویی وجود ندارد تا آن را از مسیر منحرف سازد.
در داخل جو زمین، اصطکاک میان جو و ماهواره تعادل نیروی گرانشی و گریز از مرکز را به هم می‌زند. نیروی اصطکاک از سرعت ماهواره می‌کاهد و زنجیرهٔ رویدادهای زیر را موجب می‌شود:
منابع و پانویس[ویرایش]
مشارکت‌کنندگان ویکی‌پدیا. «Orbits». در دانشنامهٔ ویکی‌پدیای انگلیسی، بازبینی‌شده در ۹ آوریل ۲۰۱۵.
منبع مطلب : fa.wikipedia.org
مدیر محترم سایت fa.wikipedia.org لطفا اعلامیه سیاه بالای سایت را مطالعه کنید.
زمین با چه سرعتی در حال حرکت است؟
دانلود ویدیوی بالا
تا چند قرن پیش تصویر می‌شد زمین مرکز عالم است و تمام اجرام آسمانی به دور آن می‌گردند. تا این که در قرن شانزدهم کوپرنیک با انتشار یافته‌هایش نشان داد زمین نقطه‌ی مرکزی عالم نیست و پس از آن فعالیت‌های تجربی گالیله در اوایل قرن هفدهم پایانی بود بر دوران زمین‌مرکزی.
اکنون می‌دانیم زمین علاوه بر چرخش به دور خود، به دور خورشید نیز می‌گردد و به همراه تمام اجرام منظومه‌ی شمسی در حال گردش به دور مرکز کهکشان راه شیری نیز است.
چرخش زمین به دور خودش باعث پدید آمدن شب و روز و طلوع و غروب خورشید می‌شود. سرعت حرکت زمین در هر عرض جغرافیایی متفاوت است. به‌طور مثال محیط زمین در استوا حدود چهل‌هزار کیلومتر است که تقسیم آن بر طول روز (۲۴ ساعت) بیان‌گر سرعت حرکت زمین خواهد بود. این سرعت در استوا حدود ۱۶۰۰ کیلومتر بر ساعت است.
ویدئو تایم‌لپس از سیاره‌ی زمین که نتیجه‌ی یک سال تصویربرداری ماهواره‌‌ی DSCOVR است. Credit: NASA’s Goddard Space Flight Center/Kayvon Sharghi Music Credit: Beside You, Dominic Marsh and Giovanni Tria on Sound Pocket Music
سازمان‌های فضایی با توجه به همین مسئله مکان پرتاب فضاپیماها را مشخص می‌کنند و ترجیح می‌دهند تا پرتاب را در نزدیکی خط استوا انجام دهند. چرا که با انجام این کار و پرتاب فضاپیما در جهت چرخش زمین موشک‌ها با سرعت بیشتری روانه‌ی فضا میشوند.
حال نگاهی بکنیم به چرخش زمین به دور خورشید که در کنار انحراف محور زمین باعث پدید آمدن فصل‌ها می‌شود. برای به دست آوردن سرعت حرکت زمین به دور خورشید نیز کار ساده‌ای پیش رو داریم. مدار زمین به دور خورشید بیضوی است اما برای راحت‌تر شدن مسئله آن را دایره در نظر می‌گیریم. شعاع این دایره (فاصله‌ی زمین تا خورشید) حدود ۱۵۰ میلیون کیلومتر است و برای محاسبه‌ی محیط آن کافی است از فرمول محیط دایره (۲Π*شعاع دایره) استفاده کنیم. با انجام محاسبات به عدد ۹۴۰ میلیون کیلومتر می‌رسیم که زمین آن را در ۳۶۵ روز طی می‌کند. حال با تقسیم مسافت طی‌شده بر زمان می‌توانیم به سرعت حرکت زمین به دور خورشید برسیم که برابر است با ۱۰۷ هزار کیلومتر بر ساعت.
در گام بعدی باید به سراغ گردش تمام اجرام منظومه‌ی شمسی به دور مرکز کهکشان راه شیری برویم. منظومه‌ی شمسی حدود ۲۵ هزار سال نوری از مرکز کهکشان فاصله دارد و قطر کهکشان ما چیزی در حدود ۱۰۰ هزار سال نوری است. به عبارتی منظومه‌ی شمسی در نیمه‌راه مرکز تا لبه‌ی کهکشان قرار گرفته است. طبق محاسبات منظومه‌ی شمسی با سرعت سرسام‌آور دویست کیلومتر بر ثانیه یا ۷۲۰ هزار کیلومتر بر ساعت به دور مرکز کهکشان می‌گردد. حتی با وجود این سرعت بسیار زیاد هر بار گردش منظومه‌ی شمسی به دور مرکز کهکشان حدود ۲۳۰ میلیون سال طول می‌کشد.
این در حالی است که کهکشان راه شیری نیز نسبت به دیگر کهکشان‌ها جابه‌جا می‌شود. حدود چهار میلیارد سال بعد کهکشان ما با کهکشان آندرومدا، نزدیک‌ترین کهکشان مارپیچی به راه شیری، ادغام خواهد شد. در حال حاضر این دو کهکشان با سرعت ۱۱۲ کیلومتر بر ساعت به یکدیگر نزدیک میشوند.
به این ترتیب دیدیم که همه چیز در عالم در حال حرکت است. هرچند که ما در زندگی روزمره‌مان این حرکت‌های سریع را احساس نمی‌کنیم.
بيضی - 30 كيلومتر در ثانیه
زمین چگونه و با چه سرعتی حرکت می کند؟
سرعت یک کمیت نسبی است یعنی شما نمی توانید سرعت یک شیء را نسبت به خودش بسنجید. به عبارتی باید سرعت آن را با مقایسه با چیز دیگری پیدا کنید (این یکی از قضیه های اینشتین نیز هست). اگر کسی این سوال را از ما پرسد که زمین با چه سرعتی حرکت می کند؟ باید مشخص کنیم که می خواهیم این سرعت را در کدام دستگاه اندازه گیری بسنجیم؟
ما می توانیم از کسی که این سؤال را پرسیده، بپرسیم که سرعت زمین را با توجه به چه چیزی (محور خودش، در مقایسه با خورشید یا در مقایسه با کهکشان راه شیری یا کهکشان های گروه محلی ما) می خواهد بداند؟ به این ترتیب است که می توانید به این سؤال پاسخ دهید.
پیچیدگی حرکت زمین
زمین همان طور که به دور محورش می چرخد، به دور خورشید نیز می گردد. و هم زمان تمام منظومه ی شمسی ما هم به آهستگی دور کهکشان راه شیری می گردد. کهکشان راه شیری ما نیز به کهکشان های گروه محلی تعلق دارد. و در عین حال که اینها هم حرکت می کنند.
زمین چند نوع حرکت دارد:
زمین با چه سرعتی به دور محورش می چرخد؟
24 ساعت طول می کشد تا زمین یک دور به طور کامل به دور محورش بچرخد در حالی که خورشید در آسمان سر جایش قرار دارد.
این دوره روز خورشیدی نامیده می شود. در طول یک روز خورشیدی، زمین طوری در مدارش به دور خورشید حرکت می کند که کمی متفاوت تر از شب پیش به سمت ستاره ها رو می کند.
اما 23 ساعت و 56 دقیقه و 09/4 ثانیه طول می کشد تا زمین یکی بار طوری به دور خوردش بچرخد که ستارگان در همان مکانی که در آسمان بودند قرار داشته باشند. این دوره روز نجومی نامیده می شود.
بنابراین طبق روز نجومی ستاره ها هر روز چهار دقیقه زودتر طلوع می کنند.
در استوا سطح زمین در 24 ساعت 40000 کیلومتر طی می کند. یعنی با سرعتی حدود 1040 مایل در ساعت یا 1670 کیلومتر در ساعت یا 5/0 کیلومتر در ثانیه حرکت می کند. این سرعت با تقسیم محیط زمین در استوا ( حدود 24900 مایل یا 40070 کیلومتر) بر تعدادساعات یک روز (24 ساعت) به دست می آید. هنگامی که شما به طرف هر یک از قطب ها حرکت می کنید، این سرعت تقریبا به صفر کاهش پیدا می کند (چون که محیط دایره چرخشی در عرض های جغرافیایی خیلی زیاد به صفر نزدیک می شود).
زمین با چه سرعتی به دور خورشید می گردد؟
زمین چگونه و با چه سرعتی حرکت می کند؟
365 روز و شش ساعت و نه دقیقه و 54/9 ثانیه طول می کشد تا زمین یک بار به دور خورشید بگردد. این زمان سال نجومی نامیده می شود. به عبارتی زمین در یک شماره کامل از زمان در اطراف خورشید نمی گردد. این تقویم با فصل ها همگام نیست و هر سال شش ساعت با وضعیت فصل ها اختلاف دارد. به خاطر همین هر چهار سال یک روز به سال اضافه می شود تا سال همپای فصل ها پیش برود. سال هایی که یک روز به آنها اضافه می شود، کبیسه نامیده می شود و 366 روز دارند. در ایران این روز اضافی هر چهار سال به پایان اسفندماه اضافه می شودو ماه 29 روزه ی اسفند، 30 روزه می شود.
فاصله ای را که زمین در مدارش به دور خورشید می پیماید، 584 میلیون مایل به 940 میلیون کیلومتر است. زمین در یک ساعت 66700 مایل به 107000 کیلومتر با 5/18 مایل در ثانیه با 30 کیلومتر در ثانیه را در مدارش به دور خورشید می پیماید. مدار زمین روی یک سطح صاف فرضی در اطراف خورشید به نام صفحه ی مداری قرار گرفته.
زمین به طور متوسط 93 میلیون مایل با 149600000 کیلومتر از خورشید فاصله دارد. این فاصله واحد نجومی AU نامیده می شود و برای مقایسه ی فاصله ی بقیه سیارات و ستارگان هم به کار می رود.
منظومه ی شمسی ما با چه سرعتی در داخل کهکشان راه شیری حرکت می کند؟
زمین چگونه و با چه سرعتی حرکت می کند؟
خورشید حدود 36000 سال نوری از مرکز کهکشان راه شیری فاصله دارد. خود کهکشان راه شیری از طرفی به طرف دیگر 80000 تا 120000 سال نوری عرض و کمتر از 7000 سال نوری ضخامت دارد. ما روی یکی از بازوهای چرخشی کهکشان در خارج به سمت گوشه قرار داریم. 200 تا 250 میلیون سال طول می کشد تا خورشید و منظومه ی شمسی ما یک بار به دور کهکشان راه شیری بگردند.
در این مدار، ما همراه با منظومه ی شمسی خودمان با سرعتی معادل 155 مایل در ثانیه یا 250 کیلومتر در ثانیه سفر می کنیم.
کهکشان راه شیری با چه سرعتی در داخل گروه محلی کهکشان ها حرکت می کند؟
کهکشان راه شیری فقط یک کهکشان در یک گروه از کهکشان ها به نام گروه محلی ست. در داخل گروه محلی، کهکشان راه شیری با سرعتی حدود 185 مایل در ثانیه یا 300 کیلومتر در ثانیه حرکت می کند.
مرکز یادگیری سایت تبیان
گردآوری: ستاره نوربخش - تنظیم: یگانه داودی
منبع مطلب : article.tebyan.net
مدیر محترم سایت article.tebyan.net لطفا اعلامیه سیاه بالای سایت را مطالعه کنید.
مدار (سیاره)
مدار (سیاره)
مَدار، در فیزیک، به مسیر جسمی که در اثر نیرویی مرکزگرا (مانند گرانش) به دور جسم یا نقطه‌ای دیگر در فضا می‌گردد، گفته می‌شود. برای مثال، مدار یک سیاره به دور مرکز یک سامانۀ ستاره‌ای، مانند سامانۀ خورشیدی. مدار سیاره‌ها معمولاً بیضی شکل‌اند، اما بر خلاف بیضی، از یک آونگ یا یک جسم متصل به یک رشته پیروی می‌کنند. مرکز خورشید در یکی از دو نقطهٔ کانونی بیضی قرار دارد و نه در مرکز آن. درک کنونی از مکانیک حرکت مداری، که براساس نظریه نسبیت عام آلبرت انیشتین پایه‌گذاری شده‌است می‌گوید: عامل گرانش، با توجه به انحنای فضازمان، با مدار ژئودزیکی که جسم از آن پیروی می‌کند، محاسبه می‌شود. برای سهولت در محاسبه، نسبیت معمولاً توسط نیروی مبتنی بر نظریۀ جهانی گرانش نیوتن، که براساس قوانین حرکت سیارات کپلر پایه‌گذاری شده‌اند، محاسبه و تخمین زده میشوند.
مدار سیاره‌ها[ویرایش]
مطالعۀ ریاضی در مورد مدار سیاره‌ها را نخستین‌بار یوهانس کپلر انجام داد. نیوتن نشان داد که قوانین مداری کپلر با نظریۀ گرانش او توضیح‌پذیر است. نیوتن می‌گوید: هر جسمی یک میدان جاذبه دارد و بر اجسام دیگر کشش وارد می‌کند. همچنین این جاذبه باعث می‌شود که بعضی از اشیاء در مدار بیضوی حرکت کنند.
مثلاً اقمار به‌دور سیارات می‌گردند که خود نیز به دور خورشید می‌گردند، و خورشید خودش به دور مرکز کهکشان راه شیری می‌گردد. در واقع، به جای چرخیدن به دور جسم دارای جرم بیشتر، دو جسم به دور نقطهٔ تعادل، معروف به مرکز مشترک (مرکز جرم مشترک)، می‌چرخند. کِپلر پس از چندین سال مطالعه در حرکت سیارات، در سال ۱۶۱۸م. موفق به کشف قانون سوم خود شد. کپلر بر پایۀ آن یافته‌ها قوانین سه‌گانه زیر را دربارهٔ حرکت سیارات در مدار را بیان کرد:
۱. مدار حرکت سیارات به گِرد خورشید یک بیضی است که خورشید در یکی از دو کانون آن قرار دارد.
۲. خط وصل‌کنندۀ هر سیاره به خورشید در زمان‌های مساوی مساحات مساوی جاروب می‌کند.
۳. مکعب فاصلهٔ متوسط هر سیاره تا خورشید با مربع زمان یک دور کامل گردش سیاره تناسب مستقیم دارد.
قانون دوم کپلر می‌گوید: زمانی که سیاره در نقاط دورتر بیضی در حرکت است، فاصله تا خورشید زیادتر و سرعت حرکت کمتر است. به تدریج که سیاره به نقاط نزدیک‌تر بیضی می‌رسد فاصله تا خورشید کمتر و سرعت سیاره زیادتر می‌شود. این تغییر در سرعت سبب می‌شود که سیاره چه به خورشید نزدیک و چه از آن دور باشد، مساحت درنوردیده‌اش در فضا در فواصل زمانی ثابت، ثابت بماند. قانون سوم کپلر هم این‌گونه بیان می‌کند که، هرگاه فاصلهٔ متوسط هر سیاره تا خورشید به توان سه، و زمان کامل شدن یک دور سیاره به توان دو رسانیده، و نسبت اعداد حاصل تشکیل شود؛ این نسبت همواره ثابت و برای تمام سیارات یکی است.
درک مدارها[ویرایش]
چند روش معمول درک مدار وجود دارد:
به عنوان یک تصویر از یک مدار اطراف سیاره، مدل توپ نیوتن ممکن است مفید باشد (تصویر A). این یک آزمایش ذهنی است، که در آن یک توپ در بالای یک کوه بلند، قادر به شلیک گلوله توپ به صورت افقی در هر سرعت انتخابی است. اثرات اصطکاک هوا در شلیک توپ نادیده گرفته میشوند (یا شاید کوه به اندازه کافی بالاست که توپ در بالای جو زمین قرار دارد).
مدار ماهواره‌ها[ویرایش]
ماهواره‌ها به دور زمین در یک مسیر بسته، که آن را مَدار می‌نامند در حال گردش هستند. ناظری که خارج از جو زمین قرار گرفته و به زمین می‌نگرد، مشاهده می‌کند که ماهواره‌ها در مسیرهایی به دور زمین در حال چرخشند. این مسیرها می‌توانند دایره‌ای یا بیضوی باشند؛ اما مرکز زمین در هر حالت در مرکز این مسیر یا در نقطۀ کانونی آن قرار می‌گیرد. ماهواره در صورتی که تحت تأثیر نیروهای جاذبۀ دیگری قرار نگیرد، همواره در صفحه‌ای به نام صفحۀ مداری به گردش خود به دور زمین ادامه می‌دهد. حرکت این صفحۀ مداری، به دورۀ مداری و زاویۀ صفحه، با مدار استوا بستگی دارد. اگر این زاویه صفر باشد، صفحۀ مداری منطبق بر صفحۀ استوایی زمین می‌شود.
عناصر مداری، عناصری شش‌گانه‌اند و به تقلید از یوهان کپلر و براساس قوانین حرکت سیاره‌ای‌اش (قوانین کپلر) نامگذاری شده‌اند. هر مدار، توسط این شش عنصر به‌طور کامل تعریف می‌شود و مقدار «مبدأ» زمان اعتبار پارامترها را مشخص می‌کند. برای این پارامترها، به دلیل تغییر جزئی مبناها، هر ۵۰ سال یک مبدأ جداگانه در نظر گرفته می‌شود تا تغییرات مبناها اصلاح گردد.
مدار واقعی (و عناصر مداری آن) اجرام، هنگامی که در معرض آشفتگی‌های گرانشی قرار می‌گیرند، تغییر می‌کند؛ بنابراین، مدار تعریف شده به وسیلهٔ عناصر مداری، فقط تَقریب ریاضیِ مداری در یک زمان خاص است، که مشخصۀ مبدأ، بیان‌کنندۀ آن است.
عموماً ماهواره‌ها به روی سه نوع مدار[۱] که بستگی به نوع کاربرد ماهواره دارد، قرار می‌گیرند:
ماهواره‌های مدار نزدیک زمین[ویرایش]
به ماهواره‌هایی که در در فاصلۀ نسبتاً کمی از سطح زمین قرار دارند، ماهواره‌های مدار نزدیک زمین گفته می‌شود. بیشترین ارتفاع این نوع ماهواره‌ها از سطح زمین میان ۳۲۰ تا ۸۰۰ کیلومتر است (هرچند که تا ارتفاع ۲٬۰۰۰ کیلومتری نیز مدار نزدیک زمین خوانده شده). مسیر حرکت این ماهواره‌ها از غرب به شرق و هم جهت با دَوَران زمین به دور خودش است.
زمان یک دور چرخش به دور زمین در این مدارها، حدود ۹۰ دقیقه است. این مدارها در ارتفاع نسبتاً کمی قرار دارند، در نتیجه می‌توان اجسام نسبتاً سنگین را با یک سیستم پرتاب‌کنندۀ ساده در آنها قرار داد. گفتنی است که بیشتر ماهواره‌هایی که در این مدارها قرار دارند، درصد زیادی (حدود ۵۰ درصد) از وقت خود را در سایۀ زمین می‌گذرانند و باید مجهز به باتری‌هایی باشند که بتوانند وسایل الکترونیکی را در این مدت تغذیه کنند. این مدارها معمولاً برای مشاهدات و فعالیت‌های ماهواره‌های نظامی به کار برده میشوند.
به دلیل نزدیکی فاصلۀ این نوع ماهواره‌ها از سطح زمین، سرعت حرکت این ماهواره‌ها خیلی بیشتر از سرعت دَوَران زمین به‌دور خودش است. سرعت این‌گونه ماهواره‌ها باید به حدی باشد تا به زمین سقوط نکنند. گاهی سرعت آنها به ۲۷٬۰۰۰ کیلومتر بر ساعت نیز می‌رسد.
برخی از ماهواره‌های هواشناسی، ماهواره‌های سنجش از دور و ماهواره‌های جاسوسی از این نوع‌اند.
ماهواره‌های مدار قطبی[ویرایش]
نوعی از ماهواره‌ها را می‌گویند که مسیر مدار حرکت آنها عمود بر خط استوا و مسیر دَوران آن از قطب‌های شمال و جنوب می‌گذرد. مدار قطبی بی‌شباهت به مدارات ارتفاع پایین نیست و تنها فرق اساسی آنها در جهت دَوران ماهواره است؛ ماهواره‌های مدار قطبی از شمال به جنوب در گردشند، برخلاف ماهواره‌های دیگر که از شرق به غرب است.
ماهواره‌های مدارات قطبی جهت مشاهدۀ سطح زمین مورد استفاده قرار می‌گیرند. وقتی که یک ماهوارۀ مدار قطبی در حال دَوران از شمال به جنوب به‌دور زمین است و چون زمین نیز خود از شرق به غرب در حال گردش به دور خود است، این نکته باعث جاروب تمام نقاط موجود بر روی سطح زمین می‌گردد. این کار شبیه پوست کندن یک پرتقال است؛ قسمت به قسمت و در نهایت یک شکل تصویر کروی از سطح زمین. چون اکثر ماهواره‌های مخابراتی در مدار زمین‌ایست قرار گرفته‌اند، این ماهواره‌ها هیچ پوششی بر روی قطب‌های شمال و جنوب ندارند. به همین دلیل و جهت پوشش قطب‌ها از ماهواره‌های مدار قطبی استفاده می‌شود. در واقع این نوع از ماهواره‌ها شمالی‌ترین و جنوبی‌ترین قسمت نیمکره‌ها را پوشش می‌دهند. بعضی از ماهواره‌های هواشناسی، ماهواره‌های سنجش از دور و ماهواره‌های جاسوسی از این نوع‌اند.
ماهواره‌های مدار زمین‌ایست[ویرایش]
این نوع ماهواره‌ها در حالت کلی به روی مدار زمین‌ایست و بر بالای خط استوا، در فاصلۀ ۳۵٬۷۸۶ کیلومتری از سطح زمین قرار دارند.
مدارهای زمین‌ایست دورۀ گردشی، درست برابر گردش زمین دارند. این مدار، مدار ۲۴ ساعته نیز خوانده می‌شود. این ماهواره‌ها با سرعتی حدود سه کیلومتر در ثانیه در مدار زمین‌ایست حرکت می‌کنند. برای ردیابی ماهواره احتیاج به سیستم پیچیده‌ای نیست؛ ماهواره‌ها در مدار ثابت زمینی، با تعداد کم، امکان ایجاد پوشش زیادی را در روی زمین دارند. به عنوان مثال سه ماهواره در روی این مدار برای پوشش بیشتر سطح زمین (به جز قطب‌ها) کافی هستند.
ماهوارۀ نسبت به زاویه‌ای که ایستگاه زمینی آن را می‌بیند، ثابت است، در نتیجه احتیاجی به تغییر جهت آنتن نیست ولی تنظیم آن ضروری است تعداد زیادی از ایستگاه‌های زمینی می‌توانند تحت پوشش یک ماهواره در این مدار قرار گیرند به‌طوری‌که آنتن هر ماهواره می‌تواند حداکثر ۴۲٫۴ درصد سطح کرۀ زمین را بپوشاند. این نوع ماهواره‌های در فضا در مکانی ثابت قرار دارند و همراه با دوران زمین بدور خود، می‌گردند و به دلیل همین ثبات دارای سایه‌ای ثابت (معروف به «جای پا») بر زمین هستند. به مدار ژئوسَنکرون (به انگلیسی: Geosynchronous) مدار زمین‌ایست یا مدار کلارک نیز گفته می‌شود. تمام ماهواره‌های مخابراتی و تلویزیونی از این نوع هستند.
مدارِ زمین‌ایست، یک مدارِ دایره‌ای با شعاع ۴۲٬۱۶۴ کیلومتر است. همه مدارهای زمین، چه مدور یا بیضوی، دارای محور نیم‌قطر بزرگ یا اوج یکسان هستند. در واقع، مدارهایی با دورۀ گردش مشابه، همیشه اوج مشابه‌ای دارند. در موارد خاص از یک مدار زمین‌ایست، رَدگیری مسیر این‌گونه ماهواره‌ها بر روی زمین، تنها یک نقطه در خط استواست. در حالت کلی یک مدار زمین‌ایست با تمایل غیر صفر یا خروج از مرکز و مدار، در صورت تغییر جای نقطۀ آن بر روی زمین، معمولاً پیش از پایان روز نجومی به همان مکان بازمی‌گردد. P دورۀ مداری است، و μ ثابت گرانش زمینی است، و مساوی می‌شود با ۳۹۸۶۰۰٫۴۴۱۸ کیلومتر مکعب (Km3/S2).
ماهواره‌های مدار بیضوی[ویرایش]
این ماهواره‌ها دارای مداری بیضوی هستند. دو نقطه مهم از مدار این ماهواره‌ها نقطه اوج و نقطه حضیض آنها است. قسمتی که به سطح زمین نزدیک می‌شود با نام نقطه حضیض و قسمتی که از سطح زمین دور می‌شود به نام نقطه اوج نامیده می‌شود. مسیر حرکت و دوران این نوع ماهواره مانند ماهواره‌های قطبی از سمت شمال به جنوب است.
انواع پوشش‌های ماهواره‌ای[ویرایش]
برای اینکه بتوان هر نوع متقاضی را زیر پوشش قرار داد و تسهیلات لازم جهت ارائه سرویس‌های مورد نیاز را فراهم کرد، بر روی ماهواره آنتن‌های گوناگونی برای پوشش‌های مختلف در نظر گرفته می‌شود.
از نظر نواحی و کشورهای زیر پوشش می‌توان ماهواره‌های مخابراتی را در سطح جهان به سه گروه تقسیم کرد:
دستگاه‌های ارتباطی ماهواره‌ها در باند مایکروویو عمل می‌کنند در واقع ماهواره‌ها صرفاً ایستگاه مایکروویو غول پیکری است در مدار زمین که با کمک پایگاه زمینی بازپخش می‌شود. این مدار تقریباً دایره شکل در ارتفاع ۳۶۸۰۰ کیلومتری بالای خط استوا قرار دارد و در این فاصله سرعت ماهواره با سرعت زمین برابر است و نیروی خود را به وسیله سلول‌های خورشیدی از خورشید می‌گیرد. نیروی جاذبه زمین شتاب زاویه شیء قرار گرفته در مدار را دقیقاً بی‌اثر می‌سازد. در این فاصله دور چرخش ماهواره‌ها با حرکت دورانی زمین کاملاً هم‌زمان و برابر است و باعث می‌شود ماهواره نسبت به نقطه مفروض روی زمین ثابت بماند.
زمینی در کشور اطلاعات را با فرکانس ۶ گیگاهرتز ارسال می‌کند. این فرکانس فرکانس UPLINK نامیده می‌شود. سپس ماهواره امواج تابیده شده را گرفته و با ارسال آن به نقطه دیگر که بر روی فرکانس حامل متفاوت DownLink برابر ۴ گیگا هرتز است عمل انتقال اطلاعات از فرستنده به گیرنده را انجام می‌دهد. در واقع ماهواره اطلاعات گرفته شده را به سمت مقصد تقویت و رله می‌کند. آنتن ماهواره ترانسپوندر نام دارد. از مدار هم‌زمان با زمین هر نقطه از زمین بجز قطبین در Line of sight است؛ و هر ماهواره می‌تواند تقریباً ۴۰ ٪ از سطح زمین را بپوشاند. آنتن ماهواره‌ها را طوری می‌شود طراحی کرد که علائم پیام‌رسانی ضعیف تر به تمام این ناحیه فرستاده شود یا علائم قویتر را در نواحی کوچکتری متمرکز کند. بر حسب مورد این امکان وجود دارد که از ایستگاه زمینی در کشوری فرضی به چندین ایستگاه زمینی دیگر واقع در کشورهای گوناگون علائم ارسال کرد. به‌طور مثال: وقتی برنامه‌ای تلویزیونی در تمام شهرها و دهکده‌های یک یا چند کشور پخش شود در این حالت ماهواره ماهواره پخش برنامه‌است ولی وقتی علائم ارسال ماهواره در سطح گسترده‌ای از زمین انتشار یابد ایستگاه‌های زمینی باید آنتن‌های بسیار بزرگ و پیچیده‌ای داشته باشند. هنگامی که علائم ارسالی ماهواره در محدوده کوچکترین متمرکز میشوند و به حد کافی قوی هستند می‌توان از ایستگاه‌های زمینی کوچکتر ساده‌تر و ارزانتر استفاده کرد.
از آنجاییکه ماهواره‌ها برای جلوگیری از تداخل امواج رادیویی باید جدا از هم باشند لذا شماره مکان‌های مداری در مدار هم‌زمان با زمین که امکان استفاده آن برای ارتباطات وجود دارد محدود است. از این رو جای شگفتی نیست که وظیفه مدیریت در امور دستیابی به مدار و استفاده از فرکانس‌ها برای انواع روزافزون و متنوع کاربردهای زمینی و ماهواره‌ای به وسیلهٔ شمار روزافزونی از کشورها بی‌نهایت دشوار شده‌است. از سویی استفاده از ماهواره‌ها در کش. رهای متمدن و پیشرفته به عملکرد دقیق و عملیات روز به روز دقیق تر نه تنها از نظر به‌کارگیری شیوه خودشان بلکه از نظر همسایگانشان در مدار هم‌زمان با زمین نیاز می‌باشد. برخی از ماهواره‌ها نیز در مدار ناهم‌زمان با چرخش زمین non- geosynchronous قرار داده میشوند. در ماهواره‌های ناهم‌زمان با مدار زمین ماهواره دیگر در دید ایستگاه زمینی نیست زیرا که سطح افق زمین را پشت سر می‌گذارد و از دسترس خارج می‌شود در نتیجه برای اینکه ارسال ماهواره ادامه یابد به چندین ماهواره از این نوع نیاز است و چون نگهداری و ادامه کار چنین شیوه ارتباطی بسیار پیچیده و گران است لذا کاربران و متخصصان طراحی ماهواره‌ها بیشتر جذب ماهواره هم‌زمان با زمین می‌شود.
تکنولوژیِ ماهواره‌ها، ارتباطات و صدا و سیما[ویرایش]
ایده استفاده از ماهواره‌های ساخت دست بشر، برای اولین بار در پایان جنگ جهانی دوم بر سر زبان‌ها افتاد. دانشمند، ریاضی‌دان و نویسنده مشهور انگلیسی آرتور سی کلارک Arthur C Clarke یکی از بزرگترین خالقان داستان‌های تخیلی، برای اولین بار پیشنهاد قرار دادن یک ماهواره ارتباطی را در مدار ژئوسنکرون زمین Geostationary Orbit یا مدار کلارک که در فاصله تقریباً ۳۶۰۰۰ کیلومتری سطح زمین و بالای خط استوا (جایی که قابلیت دسترسی به تقریباً ۴۰٪ سطح زمین در آن مکان وجود دارد) قراردارد، را جهت پوشش سیگنال‌های رادیو یی و تلویزیونی را داد.
ماهواره‌ای که در مدار ژئوسنکرون زمین و در بالای خط استوا و هماهنگ با سرعت زمین و با زاویه‌ای ثابت، حرکت می‌کند، قسمت مشخصی از سطح زمین را به‌طور ثابت پوشش می‌دهد. از یک ایستگاه زمینی نیز به صورت یک نقطه ثابت، قابل رویت است. ماه، خورشید، و دیگر ستارگان و سیارات منظومه شمسی باعث تا ثیرگذاری بروی ماهواره در مدار خود می‌شود که احتمال جابجایی از مکان خود را دارد. برای جلوگیری از این مسیله، موتورهای مخصوصی که به وسیلهٔ ایستگاه‌های زمینی کنترل میشوند، کمک می‌کنند که ماهواره‌ها در مکان خود ثابت باقی بمانند.
جهت برقراری ارتباط از یک ایستگاه زمینی، معمولاً احتیاج به یک دیش بزرگ که به نام Uplink Antenna معروف است، می‌باشد و باعث تمرکز اطلاعات ارسالی به ماهواره می‌شود. در ارتباط بین ماهواره و ایستگاه زمینی معمولاً از دو نوع موج و فرکانس متفاوت استفاده می‌شود. یکی برای Uplink و دیگری برای Downlink. دیش نصب شده بروی ماهواره، سیگنال ارسالی از ایستگاه زمینی را دریافت کرده و به یک دستگاه گیرنده می‌رساند و پس از یک سری پردازش، به فرستنده ماهواره انتقال می‌دهد و از طریق آنتن فرستنده ماهواره، مجدداً به سمت زمین باز تابش داده می‌شود.
سیگنال ارسالی به سطح زمین، به وسیلهٔ دیش‌های معمولی، دریافت و جمع‌آوری شده و به دستگاه گیرنده ماهواره، از طریق LNB انتقال پیدا می‌کند. قدرت سیگنال دریافتی بر روی زمین، نسبت به فاصله و زاویه و… ماهواره و نقطه گیرندگی، متفاوت بوده و به صورت یک الگوی خاص به نام سایه ماهواره یا footprint معرفی می‌شود.
همیشه قدرت سیگنال ماهواره در مرکز سایه، بیشترین مقدار را دارا می‌باشد و در گوشه‌ها، از کمترین مقدار، برخوردار است. توجه به این نکته لازم است که دریافت سیگنال در خارج است سایه، احتیاج به دیش‌های بزرگ‌تر، دارد. امواج سانتی‌متری، جهت ارسال سیگنال ماهواره به زمین، مورد استفاده قرار می‌گیرد که محدوده فرکانسی آنها بین ۳–۳۰ MHz می‌باشد.
دلیل اصلی استفاده از این امواج رادیویی کوتاه، انتشار راحت امواج و تأثیرات کم نویز و مزاحمت‌های فرکانسی است. البته فرکانس‌های بالاتر از ۱۵ Ghz، به صورت وحشتناکی به وسیلهٔ اکسیژن هوا و بخار آب تضعیف می‌گردند. ماهواره‌ها سیگنال‌های ارسالی خود را به صورت قطبی و با دو حالت افقی و عمودی ارسال می‌کنند و گاهی اوقات نیز به صورت دورانی، چپ گرد و راست گرد. در سیستم‌های دیجیتال، امکان ارسال DATA و چندین شبکه تلویزیونی و رادیویی بروی یک فرکانس وجود دارد.
لغت ماهواره طبق تعریف، به سفینه‌ای گفته می‌شود که درمداری به دوریک سیاره معمولاً زمین در حال گردش باشد. در عصری که ما در آن زندگی می‌کنیم، ماهواره و تکنولوژی وابسته به آن آنچنان درتاروپود جوامع بشری نفوذ کرده و به پیش می‌تازد که نقش تعیین‌کننده آن در سیر تحولات تمدن بشری، قابل توجه‌است. بخشی از تحقیقات و پژوهش‌های علمی -تخصصی که در آزمایشگاه‌های مستقر در فضا انجام می‌شود، هرگز نمی‌توانست روی کره زمین جنبه عملی به خود گیرد. این تحقیقات که بسیار متعدد و متنوع است، در تخصص‌های پزشکی، داروسازی، مهندسی مواد، مهندسی ژنتیک و ده‌ها مورد دیگر، تا به حال دستاوردهای بسیار ارزنده‌ای را به جوامع بشری عرضه کرده‌است. ماهواره‌ها که در فضا در حال گردشند، می‌توانند اطلاعات باارزشی در اختیار انسان قرار دهند که منجربه تحولات شگرفی در زمینه‌های گوناگون شود. ماهواره‌های کشف منابع زمینی هواشناسی، مخابراتی، پژوهشی و نظامی از این نوعند.
ساختمان ماهواره[ویرایش]
ماهواره از دوبخش تجهیزات مخابراتی و غیرمخابراتی تشکیل شده‌است. زیرسیستم‌های مخابراتی، آنتن‌ها و تکرارکننده‌ها هستند. در بخش مخابراتی، دستگاهی وجود دارد که وظیفه تکرارکننده‌های رله رادیویی را. انجام می‌دهد و (ترانسپاندر) نام دارد ترانسپاندرها سیگنال‌های فرستاده شده از زمین را دریافت و پس از تقویت و تغییر فرکانس آنها را به زمین می‌فرستند. آنتن‌های مربوط به این ترانسپاندرها طوری طراحی شده‌اند که فقط قسمت‌هایی از سطح زمین را که. درون شبکه ماهواره‌ای قرار دارند، پوشش می‌دهد یک ماهواره معمولاً آنتنی همه جهته دارد که برای دریافت سیگنال‌های فرمان صادره از زمین به کار می‌رود زیرا آنتن‌های دیگر ماهواره احتمال دارد به سوی زمین نباشند. آنتن همه جهته همچنین برای کنترل سیستم‌های فرعی در زمان پرتاب ماهواره و تعیین موقعیت آن به کارمی رود. بخش غیرمخابراتی ماهواره که در واقع قسمت پشتیبانی فنی آن است شامل سیستم کنترل حرارتی، سیستم کنترل موقعیت و مدار، ساختمان مکانیکی، سیستم منبع تغذیه و موتور.
ایستگاه‌های زمینی[ویرایش]
ایستگاه‌های زمینی سیستم‌های ماهواره‌ای مخابرات براساس نوع استفاده از آنها عبارت اند از: ایستگاه‌های ثابت، ایستگاه‌های سیار. ایستگاههی زمینی ماهواره معمولاً از چند قسمت تشکیل شده‌اند. آنتن، فرستنده، گیرنده، سیستم‌های کنترل برقراری ارتباط ومنابع تغذیه مورد لزوم ایستگاه هر یک از اجزای فوق شامل قسمت‌های مختلفی اند که متناسب با نوع ایستگاه زمینی، حجم و تجهیزات. آنها متفاوت خواهدبود
آنتن ایستگاه‌های زمینی[ویرایش]
به‌طور کل آنتن فرستنده، انرژی الکتریکی حاصل از یک منبع را در فضا به صورت امواج الکترومغناطیسی پخش می‌کند. سپس آنتن گیرنده این امواج رامی گیرد و به انرژی الکتریکی تبدیل می‌کند. در هر سیستم مخابرات رادیویی، آنتن نقش حساس و مهمی دارد، زیرا با انتخاب آنتن‌های مناسب و نصب و تنظیم صحیح آنها می‌توان تا حد زیادی بازدهی سیستم را بالا برد. علایم و سیگنال‌های فرستاده شده از ماهواره توسط آنتن‌های بزرگ یا کوچک دریافت می‌شود و سپس به دستگاه تقویت‌کننده انتقال می‌یابد. ایستگاه‌های زمینی دارای دو نوع آنتن فرستنده و گیرنده به صورت بشقابی در اندازه‌های مختلف هستند. این آنتن‌ها اطلاعات را به صورت امواج رادیویی به فضا می‌فرستند یا از فضا دریافت می‌کنند. آنتن ایستگاه‌های زمینی در ابعاد بزرگ و ساختمان مکانیکی معینی ساخته میشوند که قطر نوع قدیمی آنها به بیش از ۳۰۰ تن می‌رسد. از آنجا که فرکانس مورد نظر برای سرویس ثابت ماهواره درمحدوده فرکانس‌های مگاهرتز و گیگاهرتزاست، آنتن‌های مورد استفاده. ماهواره تقریباهمه از نوع آنتن‌های منعکس‌کننده هستند
سیستم‌های کنترل و ردیابی فضایی[ویرایش]
این سیستم‌ها به‌طورکلی چهار عمل را انجام می‌دهند
فرمان از راه دور:
عبارت است از فرستادن سیگنال جهت انجام کارهایی که ماهواره برای آن تنظیم شده‌است، مثلاً برای راه‌اندازی یک قسمت خاص یا فرمان برای تغییر مسیر یا پرتاب یک موشک
اندازه‌گیری از راه دور:
عبارت است از سیستمی که اطلاعات دریافت شده از ماهواره یا سفینه‌های فضایی را به صورت علامتهایی مخصوص و قابل درک برای تجهیزات زمینی درمی‌آورد و از این طریق، اندازه‌گیری از مسافتهای خیلی دور انجام می‌شود
ردیابی:
بااین کار موقعیت مداری و سرعت ماهواره و مشخصه‌های دیگر آن گزارش می‌شود
کنترل:
عبارت است از هدایت وسایل بالارونده‌های فضایی و ماهواره در مدار، به وسیله شبکه ایستگاه‌های زمینی بخصوصی که کنترل، یکی از کارهای آنهاست ماهواره‌ها دقیقاً در موقعیت خود نسبت به زمین ثابت نیستند و برای اینکه بتوان آنها را در موقعیت فضایی ازپیش تعیین شده خود ثابت نگه داشت، باید از ایستگاه‌های زمینی به‌طور مرتب تنظیمهایی بروی موقعیت آنها انجام گیرد تا بتوان از انحراف مسیر ماهواره جلوگیری کرد
عوامل مؤثر در هزینه تجهیزات ایستگاه زمینی[ویرایش]
قطر آنتن مهم‌ترین عاملی است که هزینه آنتن را تعیین می‌کند، چون بابزرگ بودن قطر، وزن آنتن سنگین ترمی شود و احتیاج به نگهدارنده‌هایی قویتر پیدا می‌کند و همچنان که شعاع کم می‌شود تجهیزات ردیاب پیچیده‌تر می‌شود. برای آنتن‌های بزرگ مثلاً ۱۱متری و ۱۳ متری سیستم‌های. دریاب کامپیوتری موردنیاز و سیستم هدایت امواج آنتن، بزرگ‌تر و پیچیده‌تر می‌شود در سیستم ارسال، قدرت لازم برای تقویت‌کننده‌های سیگنال، یک عامل تعیین‌کننده در قیمت فرستنده‌است. نه تنها قیمت این تقویت‌کننده‌های سیگنال گران است، تأمین قدرت موردنیاز آن نیز در مناطق دورافتاده باید در نظر گرفته شود، زیرا بیشترین قدرت مصرفی در سیستم، صرف تغذیه تقویت‌کننده‌های سیگنال می‌شود. پس عوامل عمده‌ای که درهزینه تجهیزات یک ایستگاه زمینی مؤثرند عبارتند از: قطر آنتن، مقدار قدرت تقویت‌کننده‌های سیگنال، سیستم‌های جایگزین. تجهیزات اصلی و قطعات یدکی.
پرتاب ماهواره[ویرایش]
ماهواره شیء ای است که بر مدار تقریباً بیضی شکل به دور زمین می‌گردد. نخستین ماهواره در ۴ اکتبر ۱۹۵۷ توسط اتحادیهٔ جماهیر شوروی به فضا پرتاب شد. این ماهواره، اسپوتنیک ۱ نام داشت. این ماهواره کره‌ای به وزن ۶/۸۳ کیلوگرم. به قطر ۵۸ سانتیمتر بود که زمین را بر مداری بیضوی با حضیض زمینی ۲۵۰ کیلومتر و اوج زمینی ۹۳۴ کیلومتر دور می‌زد و هر بار گردش آن به دور زمین ۹۶ دقیقه طول می‌کشید. اسپونتیک ۱ در طول عمر خود راهی برابر با ۵۹۰ کیلومتر را پیمود. برای پرتاب ماهواره، باید:
ماهواره را باید به ارتفاع چند صد کیلومتر برد تا اثر اصطکاک جوی بر حرکت مداریش حداقل شود. اگر بخواهیم ماهواره در مداری دایره‌ای شکل قرار گیرد باید سرعتی عمود بر شعاع زمین به آن داده شود و اگر بخواهیم مدار ماهواره بیضی شکل باشد، سرعتی که به آن می‌دهیم باید اندکی از خط عمود انحراف داشته باشد. برای اینکه از سرعتی که حرکت وضعی زمین به ماهواره می‌دهد بیشترین استفاده ممکن به عمل آید باید ماهواره در استوا و به جانب مشرق پرتاب شود، زیرا در این صورت سرعت موجود حداکثر و حدود ۱۶۰۰ کیلومتر در ساعت خواهد بود. هر شیء ای که در استوا باشد، اگر فرض کنیم که یک بار در ۲۴ ساعت به دور زمین بچرخد دارای چنین سرعتی نسبت به فضا است. (پیرامون زمین ۴۰۰۰۰ کیلومتر است) چنین ماهواره‌ای را تنها ناظرانی می‌توانند ببینند که در استوا یا در نزدیکی آن هستند. این ماهواره فقط اطلاعاتی دربارهٔ عرض جغرافیایی صفر درجه به ما خواهد داد. برای آنکه ماهواره‌ای را همهٔ ناظران زمینی ببینند، باید ماهواره در امتداد شمال – جنوب حرکت کند، ولی این وضعیت امکان استفاده از سرعت «موجود» را منتفی می‌کند. سرعت افقی مناسب بین ۳۰۰۰۰ و ۴۰۰۰۰ کیلومتر در ساعت یا بین ۲/۸ تا ۲/۱۱ کیلومتر در ثانیه‌است. ۸ کیلومتر در ثانیه برای مدارهای کوچک و ۱۱ کیلومتر در ثانیه مناسب مدارهای بسیار بزرگ است. اگر سرعت افقی از ۸ کیلومتر در ثانیه کمتر باشد، ماهواره در مدار قرار نخواهد گرفت و بر سطح زمین سقوط خواهد کرد. اگر این سرعت از ۲/۱۱ کیلومتر در ثانیه بیشتر باشد باز هم در مدار گردش به دور زمین قرار نخواهد گرفت؛ ولی این بار از میدان گرانش زمین خواهد گریخت. معمولاً سه کاری را که برای پرتاب ماهواره باید انجام داد با هم ترکیب می‌کنند. ماهواره را معمولاً به کمک موشکی چند مرحله‌ای در مدار قرار می‌دهند. غرض اصلی از مرحلهٔ نخست این است که ماهواره از کوتاهترین مسیر ممکن (یعنی به خط مستقیم) از بخش غلیظ جو خارج شود و به مناسب‌ترین سرعت دست یابد این کار اثر اصطکاک را به حداقل می‌رساند. مرحله‌های دیگر ماهواره را به حالت افقی درمی‌آورد و سرعت مورد نظر را به آن می‌دهند.
قبل از پرتاب، هر مرحلهٔ موشک با مقدار سوخت لازم پر می‌شود. هر قسمت پس از آنکه وظیفه اش را انجام داد از بقیهٔ موشک جدا می‌شود. یک موشک نمونه برای پرتاب ماهواره، ممکن است شامل سه قسمت و یک دماغهٔ مخروطی باشد. ماهواره وقتی بر مدار قرار گرفت، الی الابد در آن خواهد ماند، زیرا نیروهایی که بر ماهواره وارد می‌آیند، یکدیگر را خنثی می‌کنند، و نیروی کل صفر می‌شود. در ارتفاع‌های زیاد از سطح زمین، تنها دو نیرو بر ماهواره وارد می‌شود:
این دو نیرو، در یک سرعت و یک ارتفاع معین، از نظر اندازه با یکدیگر برابر و از نظر جهت، مخالف یکدیگر هستند؛ بنابراین یکدیگر را خنثی می‌کنند. از این رو ماهواره‌ای که سرعت و ارتفاع مناسب را داشته باشد همچنان بر مدارش حرکت می‌کند، زیرا نیرویی وجود ندارد تا آن را از مسیر منحرف سازد.
در داخل جو زمین، اصطکاک میان جو و ماهواره تعادل نیروی گرانشی و گریز از مرکز را به هم می‌زند. نیروی اصطکاک از سرعت ماهواره می‌کاهد و زنجیرهٔ رویدادهای زیر را موجب می‌شود:
منابع و پانویس[ویرایش]
مشارکت‌کنندگان ویکی‌پدیا. «Orbits». در دانشنامهٔ ویکی‌پدیای انگلیسی، بازبینی‌شده در ۹ آوریل ۲۰۱۵.
منبع مطلب : fa.wikipedia.org
مدیر محترم سایت fa.wikipedia.org لطفا اعلامیه سیاه بالای سایت را مطالعه کنید.
زمین با چه سرعتی در حال حرکت است؟
دانلود ویدیوی بالا
تا چند قرن پیش تصویر می‌شد زمین مرکز عالم است و تمام اجرام آسمانی به دور آن می‌گردند. تا این که در قرن شانزدهم کوپرنیک با انتشار یافته‌هایش نشان داد زمین نقطه‌ی مرکزی عالم نیست و پس از آن فعالیت‌های تجربی گالیله در اوایل قرن هفدهم پایانی بود بر دوران زمین‌مرکزی.
اکنون می‌دانیم زمین علاوه بر چرخش به دور خود، به دور خورشید نیز می‌گردد و به همراه تمام اجرام منظومه‌ی شمسی در حال گردش به دور مرکز کهکشان راه شیری نیز است.
چرخش زمین به دور خودش باعث پدید آمدن شب و روز و طلوع و غروب خورشید می‌شود. سرعت حرکت زمین در هر عرض جغرافیایی متفاوت است. به‌طور مثال محیط زمین در استوا حدود چهل‌هزار کیلومتر است که تقسیم آن بر طول روز (۲۴ ساعت) بیان‌گر سرعت حرکت زمین خواهد بود. این سرعت در استوا حدود ۱۶۰۰ کیلومتر بر ساعت است.
ویدئو تایم‌لپس از سیاره‌ی زمین که نتیجه‌ی یک سال تصویربرداری ماهواره‌‌ی DSCOVR است. Credit: NASA’s Goddard Space Flight Center/Kayvon Sharghi Music Credit: Beside You, Dominic Marsh and Giovanni Tria on Sound Pocket Music
سازمان‌های فضایی با توجه به همین مسئله مکان پرتاب فضاپیماها را مشخص می‌کنند و ترجیح می‌دهند تا پرتاب را در نزدیکی خط استوا انجام دهند. چرا که با انجام این کار و پرتاب فضاپیما در جهت چرخش زمین موشک‌ها با سرعت بیشتری روانه‌ی فضا میشوند.
حال نگاهی بکنیم به چرخش زمین به دور خورشید که در کنار انحراف محور زمین باعث پدید آمدن فصل‌ها می‌شود. برای به دست آوردن سرعت حرکت زمین به دور خورشید نیز کار ساده‌ای پیش رو داریم. مدار زمین به دور خورشید بیضوی است اما برای راحت‌تر شدن مسئله آن را دایره در نظر می‌گیریم. شعاع این دایره (فاصله‌ی زمین تا خورشید) حدود ۱۵۰ میلیون کیلومتر است و برای محاسبه‌ی محیط آن کافی است از فرمول محیط دایره (۲Π*شعاع دایره) استفاده کنیم. با انجام محاسبات به عدد ۹۴۰ میلیون کیلومتر می‌رسیم که زمین آن را در ۳۶۵ روز طی می‌کند. حال با تقسیم مسافت طی‌شده بر زمان می‌توانیم به سرعت حرکت زمین به دور خورشید برسیم که برابر است با ۱۰۷ هزار کیلومتر بر ساعت.
در گام بعدی باید به سراغ گردش تمام اجرام منظومه‌ی شمسی به دور مرکز کهکشان راه شیری برویم. منظومه‌ی شمسی حدود ۲۵ هزار سال نوری از مرکز کهکشان فاصله دارد و قطر کهکشان ما چیزی در حدود ۱۰۰ هزار سال نوری است. به عبارتی منظومه‌ی شمسی در نیمه‌راه مرکز تا لبه‌ی کهکشان قرار گرفته است. طبق محاسبات منظومه‌ی شمسی با سرعت سرسام‌آور دویست کیلومتر بر ثانیه یا ۷۲۰ هزار کیلومتر بر ساعت به دور مرکز کهکشان می‌گردد. حتی با وجود این سرعت بسیار زیاد هر بار گردش منظومه‌ی شمسی به دور مرکز کهکشان حدود ۲۳۰ میلیون سال طول می‌کشد.
این در حالی است که کهکشان راه شیری نیز نسبت به دیگر کهکشان‌ها جابه‌جا می‌شود. حدود چهار میلیارد سال بعد کهکشان ما با کهکشان آندرومدا، نزدیک‌ترین کهکشان مارپیچی به راه شیری، ادغام خواهد شد. در حال حاضر این دو کهکشان با سرعت ۱۱۲ کیلومتر بر ساعت به یکدیگر نزدیک میشوند.
به این ترتیب دیدیم که همه چیز در عالم در حال حرکت است. هرچند که ما در زندگی روزمره‌مان این حرکت‌های سریع را احساس نمی‌کنیم.
ارائه شده توسط : حسین ایزدی
در وب سایت : جم نما
ثبت دیدگاه برای این مطلب
نظرات شما عزیزان
هیچ نظری برای این پست ارسال نشده است
