為什么人造的衛(wèi)星會(huì)掉下來(lái)!而月亮就不會(huì)?

【專家解說(shuō)】：人造衛(wèi)星，照字面解釋，就是“人造的衛(wèi)星”，月球是地球的衛(wèi)星，因它繞著地球轉(zhuǎn)，如同護(hù)衛(wèi)著地球，而人造衛(wèi)星就是人造且繞著地球轉(zhuǎn)的東西。牛頓的萬(wàn)有引力說(shuō)月球不會(huì)掉下來(lái)也不會(huì)飛離地球是因?yàn)橄蛐牧Φ扔陔x心力，簡(jiǎn)單地說(shuō)地球上空的物體只要繞地球的飛行速度夠快，就不會(huì)掉下來(lái)，但也不能太快，太快了又會(huì)飛離地球，所以說(shuō)月球繞地球的速度是“剛剛好”。幾億年來(lái)，月球就忠心耿耿地環(huán)繞著地球。從另一個(gè)角度看來(lái)，九大行星(包括地球)幾億年來(lái)也是忠心地繞著太陽(yáng)轉(zhuǎn)，即不掉到太陽(yáng)去也不飛離太陽(yáng)系，而這也是因?yàn)檫@些行星繞太陽(yáng)的速度“剛剛好”。后來(lái)的科學(xué)家從此得到靈感，如果放個(gè)東西在地球的高空上，而且讓它有一個(gè)繞地球轉(zhuǎn)的“剛剛好”速度，那這個(gè)東西就不會(huì)掉下來(lái)也不會(huì)飛出去，那就是人造衛(wèi)星。 用牛頓的萬(wàn)有引力理論計(jì)算，可以知道如果要在把人造衛(wèi)星放在約800公里高的高度，這個(gè)“剛剛好”的速度大概等于每秒7公里多。以這個(gè)速度若從臺(tái)灣頭飛到臺(tái)灣尾，大概只要一分鐘而已。繞地球一圈也大約只要一個(gè)小時(shí)半，而每天可繞地球14圈左右。當(dāng)然不同用途的人造衛(wèi)星就有不同的高度、不同的速度；但是要注意的，所有的人造衛(wèi)星都要放在幾百公里高，原因是如果放太低，則人造衛(wèi)星的速度容易受到地球大氣層的空氣摩擦阻力而減低了速度，等到速度低到某個(gè)速度時(shí)，人造衛(wèi)星就會(huì)掉下來(lái)。幸運(yùn)的是，大部分的人造衛(wèi)星在還沒(méi)掉到地面前就會(huì)因空氣摩擦而燃燒殆盡，若沒(méi)燒盡的還是會(huì)落到地面來(lái)，如以前美國(guó)的太空實(shí)驗(yàn)室(SpaceLab)就掉到澳洲海域，前蘇聯(lián)的一個(gè)核子動(dòng)力軍事衛(wèi)星也曾掉到加拿大的地面上，而幸好是掉在加拿大的北部人跡罕至的冰原上。 說(shuō)到人造衛(wèi)星的發(fā)展，就必須從前蘇聯(lián)于1957年10月4日所發(fā)射的史潑尼克號(hào)(Sputnik)談起，因?yàn)榇祟w衛(wèi)星是人類太空科學(xué)史上第一顆升空的人造衛(wèi)星。而后美國(guó)大受刺激，當(dāng)時(shí)主政的甘乃迪總統(tǒng)立即發(fā)表了美國(guó)的太空政策，并要求美國(guó)科學(xué)家全力以赴，最后終于在十年內(nèi)完成人類登月之壯舉。當(dāng)時(shí)美國(guó)大舉投入太空科學(xué)研究，于1958年發(fā)射了探索一號(hào)(Explore1)，而大量人力物力的投入使得人造衛(wèi)星的發(fā)展有著空前未有的進(jìn)步。至今世界各國(guó)所發(fā)射的人造衛(wèi)星總數(shù)已達(dá)一萬(wàn)多顆，隨著各種用途的需求，這個(gè)數(shù)目也一直地增加。 如前所述，人造衛(wèi)星是繞著地球轉(zhuǎn)，人造衛(wèi)星可依其繞行地球的方式大致分成兩種：地球同步衛(wèi)星與繞極軌道衛(wèi)星。同步衛(wèi)星都是發(fā)射到地球赤道上空約36000公里的高空上，然后繞著地球的赤道自西向東轉(zhuǎn)。同步衛(wèi)星所在的高度是特別計(jì)算出來(lái)的，因?yàn)榉旁诖烁叨鹊男l(wèi)星繞行地球的角速度剛好與地球自轉(zhuǎn)的速度一樣，地球轉(zhuǎn)，衛(wèi)星也轉(zhuǎn)，而轉(zhuǎn)速又“剛剛好”一樣，繞地球轉(zhuǎn)一圈的時(shí)間正好需24小時(shí)，因此從地面看來(lái)，會(huì)覺(jué)得衛(wèi)星就好象吊在上空不動(dòng)，這就是所謂的同步，也有人稱它為靜止衛(wèi)星。一般而言，通信衛(wèi)星和部份氣象衛(wèi)星都是屬于同步衛(wèi)星，像我們每天在電視晚間氣象報(bào)告所看到的衛(wèi)星云圖就是日本同步氣象衛(wèi)星所拍攝的，就因?yàn)樗堑踉谔炜罩胁粍?dòng)，才能每隔半小時(shí)或一小時(shí)就對(duì)同一區(qū)域拍攝一張?jiān)茍D并且傳到地面供氣象人員預(yù)報(bào)天氣。這種同步氣象衛(wèi)星在臺(tái)風(fēng)來(lái)襲時(shí)特別有用，因?yàn)樗梢圆粩嗟嘏南屡_(tái)風(fēng)的動(dòng)態(tài)。想一想，若衛(wèi)星像月亮一樣會(huì)東升西沉，不同時(shí)間在不同的地方，而臺(tái)風(fēng)來(lái)襲時(shí)，就無(wú)法隨時(shí)得到臺(tái)風(fēng)的云圖。想象月球繞地球一圈的周期若剛好也是24小時(shí)的話，那月亮就不會(huì)東升西沉，我們也會(huì)看到月亮一直高掛在天空上某一點(diǎn)，這就是同步衛(wèi)星的運(yùn)行方式。 另一種繞極軌道衛(wèi)星家族的衛(wèi)星通常高度比較低，主要分布在1000公里以下，而大部份又分布在800多公里高左右。此類衛(wèi)星不像同步衛(wèi)星是繞著地球的赤道轉(zhuǎn)，而是繞著地球南北極方向轉(zhuǎn)，所以才叫繞極衛(wèi)星。如果我們?nèi)庋劭吹玫嚼@極衛(wèi)星，我們會(huì)在白天看到繞極衛(wèi)道由北方地平線升起而由南方地平線落下，不同于月球的東升西落；而且因繞極衛(wèi)星繞地球的速度很快，因此我們看到的這個(gè)北升南落的動(dòng)作在不到半小時(shí)就完成。此類衛(wèi)星繞地球一圈的時(shí)間約為100分鐘左右，因此每天約可繞地球南北向轉(zhuǎn)個(gè)14圈左右，一般的資源衛(wèi)星大都屬于這種型式，主要是因?yàn)槔@極衛(wèi)星的軌道設(shè)計(jì)可讓它繞到某個(gè)地方的時(shí)間都一樣，比較適合觀測(cè)地表變化的比較。一般而言，繞極人造衛(wèi)星只有800公里左右的高度，相對(duì)于同步衛(wèi)星的36000公里高，繞極衛(wèi)星比較靠近地球，可以對(duì)地球表面看得更仔細(xì)，所以像資源衛(wèi)星與軍事間諜大都是采繞極軌道飛行。另外也有采用繞極軌道的氣象衛(wèi)星，其目的之一也是為了能夠拍攝到更細(xì)的資料，另外一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是也能看到高緯度地區(qū)，同步衛(wèi)星因是掛在赤道上空，因此它所看到的高緯度地區(qū)會(huì)產(chǎn)生一些變形，而繞極衛(wèi)星它就沒(méi)有這個(gè)問(wèn)題。 如前所言，為了避免大氣的摩擦力，所有的衛(wèi)星高度都遠(yuǎn)超過(guò)大氣層頂?shù)母叨?地球大氣層對(duì)流層頂?shù)母叨燃s不到20公里高，整個(gè)大氣層也僅約為100公里)，少了空氣阻力的影響，所以人造衛(wèi)星的設(shè)計(jì)就不需像設(shè)計(jì)飛機(jī)需考慮外形是否為流線形，也因此人造衛(wèi)星的外形大都是千奇百怪，而且很多人造衛(wèi)星都裝有太陽(yáng)能電池板以便由太陽(yáng)能來(lái)提供衛(wèi)星電力，所以人造衛(wèi)星身上常掛著兩片長(zhǎng)方形的太陽(yáng)能板，看起來(lái)就像人造衛(wèi)星的一對(duì)翅膀。