Что такое искусственные спутники Земли, для чего они нужны и как увидеть их на небе
Прямо сейчас более 14 000 спутников пересекают небо — это вдвое больше, чем всего несколько лет назад. Искусственные спутники Земли — это созданные человеком объекты, которые обращаются вокруг нашей планеты. Они помогают нам строить маршруты, прогнозировать погоду, изучать космос и поддерживать связь по всему миру.
Спутники проще всего наблюдать, когда они всё ещё освещены Солнцем, а небо над вами уже тёмное. Обычно это происходит сразу после заката или перед рассветом.
То, что вы видите, зависит от определённой геометрии. Спутник становится видимым только тогда, когда он находится над вашим горизонтом, освещён Солнцем, а небо уже достаточно тёмное. Из-за этого окно наблюдения обычно довольно короткое.
В какой-то момент спутник может внезапно потускнеть и исчезнуть. Это происходит, когда он входит в тень Земли. Такой переход может быть очень резким и нередко занимает всего несколько секунд.
Если ещё слишком рано, небо слишком светлое. Если слишком поздно, спутник уже может находиться в тени Земли. Именно поэтому точное планирование здесь особенно важно.
Типы орбит: почему видны только некоторые искусственные спутники?
Не все спутники одинаково легко наблюдать — их видимость сильно зависит от орбиты.
Большинство видимых спутников движутся по низкой околоземной орбите (LEO) на высоте в несколько сотен километров. Они достаточно яркие и быстро перемещаются по небу, поэтому их легко заметить.
Спутники, расположеные на более высокой орбите, ведут себя иначе. Навигационные спутники, в том числе GPS, расположены намного выше над Землёй — примерно на высоте 20 000 км. Они слишком тусклые, чтобы наблюдать их невооружённым глазом. Геостационарные спутники, находящиеся ещё выше, примерно на 36 000 км, кажутся неподвижными и практически невидимы без телескопа.
Поэтому большинство спутников, которые можно заметить, находятся сравнительно низко и быстро движутся.
Почему наблюдение спутников — отличный способ начать знакомство с астрономией?
Спутники — одни из самых доступных объектов для наблюдений. Вам не нужен телескоп или идеально тёмное небо. Во многих случаях достаточно ясной погоды и подходящего времени.
Наблюдение спутников меняет само восприятие ночного неба. Небо перестаёт быть просто фоном. Оно становится местом, где видна бурная человеческая деятельность. Спутники наглядно показывают, что космос больше не является чем-то недостижимым. Он уже стал частью нашей повседневной жизни.
Спутники, которые входят в число самых ярких объектов на небе
Один из самых простых для наблюдения искусственных объектов — Международная космическая станция (МКС). Это крупнейшая созданная человеком конструкция на орбите, и при благоприятных условиях она может сиять с яркостью до −4,5 зв. вел., соперничая с Венерой.
Яркий пролёт спутника может казаться удивительно динамичным. В отличие от звёзд, которые выглядят неподвижными, спутник пересекает небо всего за несколько минут. Если он проходит почти над головой, его яркость может заметно увеличиваться, а затем снова уменьшаться. Яркость спутника — это отражение солнечного света, которое изменяется при движении объекта в реальном времени.
Спутники движутся плавно и не мерцают. Они выглядят как ровные светящиеся точки, перемещающиеся по небу.
В прошлом наблюдатели также могли видеть вспышки «Иридиума» — краткие яркие вспышки, вызванные отражением солнечного света от больших антенн спутниковой сети «Иридиум». Такие вспышки могли достигать −8 зв. вел., становясь ярче Венеры. Современные спутники проектируют так, чтобы уменьшить подобные эффекты, но отражения всё ещё иногда случаются.
Для чего нужны искусственные спутники Земли?
Большую часть человеческой истории ночное небо было полностью нетронутым. Сегодня на нём появляется всё больше искусственных объектов. Это наглядное доказательство того, что деятельность человека вышла за пределы Земли.
Спутники выполняют множество задач. Они помогают нам общаться через континенты, отслеживать штормы и лесные пожары, наблюдать за изменением климата и проводить научные эксперименты как на орбите, так и за пределами Земли.
Один из самых привычных примеров — то, чем люди пользуются каждый день, почти не задумываясь: GPS. Навигационные системы опираются на сеть спутников, обращающихся вокруг Земли. Ваш смартфон вычисляет своё положение, измеряя крошечные различия во времени сигналов от нескольких спутников — и даже ошибка в несколько наносекунд привела бы к заметным ошибкам вычисления координат на Земле. Именно поэтому GPS-спутники оснащены сверхточными атомными часами и должны учитывать эффекты, предсказанные теорией относительности Эйнштейна — без этих поправок GPS просто не работал бы точно. Каждый раз, когда вы открываете карту на смартфоне или вызываете такси через приложение, вы в реальном времени используете космические технологии.
Одновременно с этим рост числа спутников создаёт новые проблемы. Орбита Земли становится всё более загруженной, а вопросы космического мусора и долгосрочной устойчивости выходят на первый план — настолько, что Федеральная комиссия по связи США теперь требует, чтобы многие спутники на низкой околоземной орбите сходили с орбиты в течение 5 лет после завершения своей миссии.
Как спутники удерживаются на орбите?
Чтобы оставаться на орбите, спутник должен двигаться достаточно быстро — обычно около 7–8 км/с на низкой околоземной орбите. При такой скорости он постоянно падает к Земле под действием гравитации, но всё время промахивается мимо неё благодаря своему движению вперёд.
Так создаётся устойчивый баланс между гравитацией и скоростью. В результате спутник находится в непрерывном свободном падении вокруг планеты, а не падает прямо на поверхность.