Задумывались ли вы, глядя в ночное небо? Там, высоко-высоко, летают тысячи искусственных «звезд». Они включают наш телевизор, показывают погоду и помогают проложить маршрут. Но почему они не падают на Землю, как упало бы с дерева яблоко?
Ответ кроется в изящном балансе двух сил. И понять его проще, чем кажется. Давайте представим на минутку, что вы — спутник.
Не падают, а вечно «падают» мимо
Земля тянет спутник к себе. Это сила притяжения, та самая, что заставляет яблоко падать. Но спутнику при запуске придали огромную скорость — около 28 000 км/ч! Он летит вперед так быстро, что как бы постоянно «промахивается» мимо Земли.
Представьте, что вы сильно раскрутили волчок (юлу). Он не падает на бок, пока вращается. Орбита — это то же самое, только в гигантском масштабе. Спутник — это волчок, а сила притяжения Земли — невидимая нить, которая не дает ему улететь в космос.
Исторический факт: мысленный эксперимент Ньютона
Эту идею первым понял Исаак Ньютон. Он представил себе высокую гору (гораздо выше любых реальных) и мощную пушку на ее вершине.
Если выстрелить ядром, оно упадет недалеко. Но если каждый раз увеличивать заряд пороха, ядро будет лететь все дальше. В конце концов, оно разовьет такую скорость, что будет «падать» вечно, облетая Землю по кругу. Так родилась идея искусственного спутника за 300 лет до его создания!
«Вау»-факт: они все-таки «падают», но очень медленно
На самом деле, на очень низких орбитах спутники испытывают крошечное сопротивление от остатков атмосферы. Это похоже на езду на велосипеде с очень-очень слабым тормозом.
Постепенно они теряют скорость и начинают снижаться. Но это процесс может длиться годы! А когда спутник окончательно «сходит с дистанции», он сгорает в плотных слоях атмосферы, как яркий метеор.
Сравнение из жизни: качели и ведро с водой
Вспомните, как вы крутите ведро с водой на веревке. Вода не выливается, когда ведро в верхней точке, хотя действует сила тяжести. Ее «удерживает» инерция — ваше движение и скорость.
Спутник на орбите — это то же «ведро». Только вместо вашей руки — начальная скорость от ракеты, а вместо веревки — земное притяжение. И «крутится» он не секунды, а многие годы.
Разные орбиты для разных задач
Не все спутники летают на одной высоте. Те, что показывают нам прямые трансляции (телекоммуникационные), «висят» на высоте 36 000 км. Они вращаются с той же скоростью, что и Земля, и для нас кажутся неподвижными.
А спутники, которые фотографируют поверхность или следят за погодой, летают гораздо ниже, около 500-800 км. Там они могут разглядеть детали, но и «тормозят» быстрее.
Так что же удерживает их на небе?
Магия? Нет, чистая физика и точный расчет. Это вечный танец скорости и гравитации, где партнеры идеально подогнаны друг под друга. Спутник не падает, потому что находится в состоянии идеального, непрерывного падения по кривой, которая совпадает с кривизной нашей планеты.
Этот простой и гениальный принцип открыл нам дорогу в космос. И в следующий раз, когда увидите в небе медленно плывущую «звездочку» (скорее всего, это МКС), вы будете знать ее секрет.
А если захотите узнать, как эти «падающие, но не падающие» аппараты предсказывают урожай или находят потерявшиеся суда — это уже совсем другая, не менее удивительная история. Напишите в комментариях, интересна ли она вам!