На какой высоте летают спутники

Какая температура в открытом космосе

А какая температура в космосе (по Цельсию) за границами атмосферы Земли? Там, где космический вакуум?

Чтобы понять суть происходящих процессов – повышения или понижения температуры в отдельных точках космоса, следует обратиться к вопросу о строении. Любая материя – это скопление элементарных частиц (электронов, фотонов протонов, прочих), которые в определенных комбинациях образуют атомы и молекулы. Все микрочастицы находятся в постоянном движении. И, если сказать просто, тепло – это энергия, выделяемая при движении. Чем интенсивнее движение микрочастиц, тем выше температура тела, состоящего из них.

А космический вакуум – это, конечно, пустое пространство, но все-таки кое-какие частицы там все же передвигаются (к примеру, фотоны, несущие свет). Безусловно, плотность микрочастиц в вакууме неизмеримо ниже, чем на Земле, но движение все-таки есть. Кроме того, что космические тела испускают фотоны, несущие тепло, в космосе присутствует реликтовое излучение (образованное на ранних этапах существования Вселенной). На то, какая температура в открытом космосе, влияют планеты и их спутники, метеориты и кометы, астероиды и туманности, космическая пыль и мусор. Все эти факторы вносят свои коррективы в общую обстановку.

Вследствие чего, температура в космосе по факту не равна абсолютному нулю – предельно низкой температуре (–273º по Цельсию, 0º по Кельвину), а в среднем на 2,7º выше. Поэтому на вопрос – сколько градусов в космосе – ответ таков: по Цельсию – минус 270,425º, по Кельвину – плюс 2,725º, по Фаренгейту – минус 454,8º.

Самая низкая температура в космосе зафиксирована учеными в туманности, названной «Бумеранг». Ее обнаружил в 1998 телескоп Хаббл. Наблюдать эту туманность удается в созвездии Центавра. Туманность образовалась в результате уникального явления – звездного ветра. Это значит, что поток материи таким ветром был очень быстро вынесен с центральной звезды во Вселенную, где под влиянием резкого расширения охладился. Ученые смогли просчитать – сколько градусов в космосе по Цельсию в районе туманности Бумеранг, оказалось – минус 272º. Это зафиксированный факт – самое холодное место в космосе.

Так как Вселенная не отличается однородностью, то температурные показатели в разных ее точках несколько отличаются. В большей части пространства температура космоса по Цельсию колеблется в пределах минус 270,45º, а в облаках пыли и газа – на 10-20 градусов выше – из-за повышенной концентрации материи. А вот вблизи звезд и планет тепла намного больше.

Устойчива ли орбита Земли?

По законам Кеплера планеты могут вращаться вокруг звезды бесконечно долго, однако из-за отклонений от этих законов возможен вариант и неустойчивости, когда планеты покидают свою орбиту или, наоборот, падают на светило. Аналитически рассчитать это невозможно, поэтому приходиться применять компьютерное моделирование.

Проведенные расчеты не позволяют однозначно предсказать судьбу планет Солнечной системы. В некоторых моделях Меркурий либо падает на Солнце, либо сталкивается с Венерой или Землей. Также он может спровоцировать столкновение других планет. Но произойдет это через миллиарды лет.

Мне нравится2Не нравится1

Строение атмосферы Земли и изменение температурного режима

Говоря о температуре на орбите земли, отметим, что ее окружает атмосфера, состоящая из нескольких отличных по составу слоев:

1. Нижний слой – тропосфера (примерно до 10 км над Землей), в которой t постепенно снижается — примерно на 0,65º каждые 100 м.
2. Следующий слой – промежуточный, в котором t остается примерно на одном уровне, перестает снижаться.
3. Стратосфера располагается на расстоянии 11-50 км от земной поверхности. На расстоянии 11-25 от Земли км воздух остывает до –56,5ºС, а затем, за пределами 25 км, начинает нагреваться, и достигает примерно 0ºС. В слое от 40 до 55 км температурный режим не меняется – этакий промежуточный слой.
4. В мезосфере, простирающейся от 50 до 80-90 км от Земли, t начинает понижаться – на 0,25-0,5º на 100 м.
5. Примерно на линии 100 км от Земли находится Линия Кармана, условно ее принято считать переходом от атмосферы к космосу. Температура – примерно –90ºС.
6. Термосфера простирается до 800 км над Землей. До высоты в 200-300 км температура в открытом космосе по Цельсию растет и достигает 1230º.
7. Далее простирается экзосфера, характеризующаяся сильной разреженностью газа – так называемая сфера рассеяния.

заявка

По состоянию на октябрь 2018 года насчитывалось около 446 активных геосинхронных спутников, некоторые из которых не работают.

Геостационарный спутник находится на орбите вокруг Земли на высоте, на которой он вращается с той же скоростью, что и Земля. Наблюдатель в любом месте, где виден спутник, всегда будет видеть его в одном и том же месте на небе, в отличие от звезд и планет, которые постоянно движутся.

Геостационарные спутники, по-видимому, закреплены в одной точке над экватором. Приемные и передающие антенны на Земле не нуждаются в отслеживании такого спутника. Эти антенны можно закрепить на месте, и они намного дешевле, чем антенны слежения. Эти спутники произвели революцию в глобальной связи , телевещании и прогнозировании погоды и имеют ряд важных оборонных и разведывательных приложений.

Одним из недостатков геостационарных спутников является результатом их большой высоты: радио сигналов занимают приблизительно 0,25 секунды , чтобы достичь и возврата со спутника, в результате небольшой , но важный сигнала задержки . Эта задержка увеличивает сложность телефонного разговора и снижает производительность общих сетевых протоколов, таких как TCP / IP , но не представляет проблемы для неинтерактивных систем, таких как спутниковое телевидение . Существует ряд патентованных протоколов спутниковых данных, которые предназначены для прокси-соединений TCP / IP по спутниковым каналам с длительной задержкой — они позиционируются как частичное решение проблемы низкой производительности собственного TCP по спутниковым каналам. TCP предполагает, что все потери происходят из-за перегрузки, а не из-за ошибок, и проверяет пропускную способность канала с помощью своего алгоритма « медленного старта » , который отправляет пакеты только тогда, когда известно, что были получены более ранние пакеты. Медленный старт очень медленный по траектории с геостационарным спутником. RFC 2488, написанный в 1999 году, дает несколько предложений по этому поводу.

Преимущества геостационарных спутников:

• Получите данные с высоким временным разрешением.
• Упрощается слежение за спутником его земными станциями.
• Спутник всегда в одном и том же положении.

Недостатком геостационарных спутников является неполное географическое покрытие, поскольку наземные станции, расположенные выше примерно 60 градусов широты, испытывают трудности с надежным приемом сигналов на малых высотах. Спутниковые антенны в таких высоких широтах нужно было бы направлять почти прямо на горизонт. Сигналы должны проходить через большую часть атмосферы и даже могут быть заблокированы рельефом местности, растительностью или зданиями. В СССР было разработано практическое решение этой проблемы с созданием специальных спутниковых сетей наклонной трассы » Молния / Орбита» с эллиптическими орбитами. Подобные эллиптические орбиты используются для спутников Sirius Radio .

Космическое время

Время на МКС лондонское. Оно отличается от нашего, московского. Космонавты встают в 6 утра. Их рабочий день начинается с докладов на Землю, причем экипаж связывается каждый со своей страной. Обычно одновременно на станции присутствует 6-7 человек — представителей государств, участвующих в проекте.

Все доклады можно увидеть и послушать в режиме онлайн. Это уникальные записи. Часть из них проходит на русском языке. Время докладов: 7:30-8:00. Рабочий день завершается еще одним докладом, который выполняется в 18:30-19:00.

Каждый день экипаж должен заниматься на тренажерах, а также проводить различные биологические и технологические эксперименты по заказу НИИ. Некоторые опыты требуют выхода в открытый космос. Если на станции происходят сбои, то сотрудники должны провести диагностику и разрешить возникшую проблему.

При просмотре работы космонавтов одним из захватывающих зрелищ является стыковки шаттлов, грузовых кораблей. Это впечатляет. Американцы свернули программу запуска космических кораблей, а ее представители добираются до МКС с российскими космонавтами на корабле «Союз».

У космонавтов есть свободное время, которое они проводят за чтением разнобразных книг или рассматривая в иллюминатор космос и Землю.

Некоторые факты о расстоянии

В первой половине 2015 года планета-карлик была удалена от Солнца на 32,48 а. е. Так что на сегодняшний день в определенные моменты минимальное расстояние будет 4,7 млрд км, а максимальное, в момент противостояния на концах воображаемой линии, проведенной через Солнце, – 5,02 миллиарда километров.

Размеры планет

В современной науке уже давно составлена карта звёздного неба, с помощью которой легко рассчитать, на сколько километров передвинулись планеты во взаимном вращении, где они расположены по отношению к центру системы, и в сторону увеличения или уменьшения будут двигаться дальше в гелиоцентрической модели. Вот еще некоторые данные о дистанции:

1. Если мыслить категориями научно-фантастической литературы, возможно, в недалеком будущем изобретут космические корабли, способные двигаться со скоростью света. Она давно измерена и составляет 300 тыс. километров в секунду. Образно, 1 световая секунда нужна, чтобы почти добраться до земного спутника (Луна тоже находится на разных удалениях, в зависимости от своего положения на орбите). Световой секунды достаточно для того, чтобы 7,5 раз облететь третью планету, которая не относится к числу самых маленьких.
2. До Плутона, со скоростью 300000 километров в секунду, придется лететь5–5.9 часов, при условиях, что она будет оставаться неизменной и полет будет продолжаться без остановок. Если взять за единицу измерения световой год, цифра покажется маленькой – 0,00062 светового года. И в космических масштабах это сущая ерунда, потому что до ближайшей к Солнечной системе Альфа Центавра понадобится лететь целых 4 года, да еще и с цифрами после запятой.
3. В 2006 году был запущен космический аппарат «Новые горизонты», который летел к Плутону целых девять лет. Долетев до планеты-карлика, миссия провела над поверхностью несколько дней и сканировала много полезной информации. Однако, поскольку корабль удалялся в открытый космос, было затруднительно и долго получать с него информацию, и для этого потребовался целый земной год. В атмосфере были найдены лед из азота и воды, простейшие углеводороды (толины). Но атмосфера Плутона крайне разрежена и даже у самой поверхности составляет не более 0,000001 % от такого же показателя земной.

Солнечная система

И чтобы не томиться в ожидании, ученые получили наиболее интересные данные в сжатом виде, для чего понадобилось почти полтора месяца.

Нельзя сказать, что исследователи ближнего космоса не уделяют внимания другим объектам. Некоторые факты о Луне, Марсе и Венере стали известны еще в прошлом столетии. Затем стали запускаться зонды для исследования дальних объектов – планет-гигантов. Но если интерес к Венере и Марсу у человечества понятен, то дальний Плутон кажется не очень подходящим объектом для исследования, хотя на самом деле это не так.

Смотрите видео на эту тему.

Отклонение орбиты от идеальной формы

И. Кеплер вывел несколько законов, описывающих принципы движения небесных тел, и поводов сомневаться в них ученым XVII в. не было. Но с повышением точности измерений начали обнаруживаться отклонения от кеплеровского учения. Немецкий астроном построил свою модель на 2 упрощениях:

вес любой планеты принимался пренебрежимо малым относительно веса Солнца;
было учтено только взаимное гравитационное влияние светила и планеты, а воздействие соседних небесных тел не принималось во внимание.

Диаграмма, показывающая, как барицентр Солнечной системы менялся с течением времени. Credit: Wikimedia Commons.

Сегодня ученые при вычислении орбитальных характеристик учитывают еще один важный фактор

Они принимают во внимание, что не только планета вращается вокруг светила, но и связка «небесное тело — звезда» выполняет собственное вращение вокруг барицентра — условной точки в космосе, центра масс. В силу значимости солнечных габаритов барицентр нашей системы находится внутри Солнца, и он несколько меняет свое расположение

Сейчас ежегодно расстояние между Землей и нашей звездой увеличивается на 15 см, и разница с сегодняшним значением полуоси достигнет километра уже через 67 тысяч лет — пустяк с точки зрения космического времени. Но постоянно отдаляться мы не будем: раз в 100 тыс. лет удаление будет сменяться сближением и наоборот.

Такая цикличность наблюдается на планете уже миллионы лет. Она стала причиной множества глобальных катаклизмов, например, ледниковых периодов.

Вместе с расстоянием до Солнца постоянно изменяется эксцентриситет нашей орбиты. Его величина в разные годы отличалась от сегодняшней и составляла от 0,05 до 0,005.

Отклонение орбиты от идеальной формы

И. Кеплер вывел несколько законов, описывающих принципы движения небесных тел, и поводов сомневаться в них ученым XVII в. не было. Но с повышением точности измерений начали обнаруживаться отклонения от кеплеровского учения. Немецкий астроном построил свою модель на 2 упрощениях:

вес любой планеты принимался пренебрежимо малым относительно веса Солнца;
было учтено только взаимное гравитационное влияние светила и планеты, а воздействие соседних небесных тел не принималось во внимание.

Диаграмма, показывающая, как барицентр Солнечной системы менялся с течением времени. Credit: Wikimedia Commons.

Сегодня ученые при вычислении орбитальных характеристик учитывают еще один важный фактор

Они принимают во внимание, что не только планета вращается вокруг светила, но и связка «небесное тело — звезда» выполняет собственное вращение вокруг барицентра — условной точки в космосе, центра масс. В силу значимости солнечных габаритов барицентр нашей системы находится внутри Солнца, и он несколько меняет свое расположение

Сейчас ежегодно расстояние между Землей и нашей звездой увеличивается на 15 см, и разница с сегодняшним значением полуоси достигнет километра уже через 67 тысяч лет — пустяк с точки зрения космического времени. Но постоянно отдаляться мы не будем: раз в 100 тыс. лет удаление будет сменяться сближением и наоборот.

Такая цикличность наблюдается на планете уже миллионы лет. Она стала причиной множества глобальных катаклизмов, например, ледниковых периодов.

Вместе с расстоянием до Солнца постоянно изменяется эксцентриситет нашей орбиты. Его величина в разные годы отличалась от сегодняшней и составляла от 0,05 до 0,005.

Использовать

Примерно половина орбиты МКС .

Низкая околоземная орбита требует наименьшего количества энергии для размещения спутника. Он обеспечивает высокую пропускную способность и низкую задержку связи . Спутники и космические станции на НОО более доступны для экипажа и обслуживания.

Поскольку для размещения спутника на НОО требуется меньше энергии , а спутнику там требуются менее мощные усилители для успешной передачи, НОО используется для многих приложений связи, таких как телефонная система Иридиум . Некоторые спутники связи используют гораздо более высокие геостационарные орбиты и движутся с той же угловой скоростью, что и Земля, чтобы казаться неподвижными над одним местом на планете.

Недостатки

В отличие от геостационарных спутников , спутники на низкой околоземной орбите имеют небольшое поле зрения и поэтому могут одновременно наблюдать и связываться только с частью Земли. Это означает, что для обеспечения непрерывного покрытия требуется сеть (или « созвездие ») спутников. Спутники в нижних регионах НОО также страдают от быстрого орбитального распада и требуют либо периодического повторного ускорения для поддержания стабильной орбиты, либо запуска заменяющих спутников при повторном входе старых.

Примеры

• Международная космическая станция находится в ЕМ около 400 км (250 миль) до 420 км (260 миль) над поверхностью Земли, и потребность вновь повышающая несколько раз в год из — за орбитальный распад.
• Iridium спутников телекоммуникационных орбиты около 780 км (480 миль).
• Спутники наблюдения Земли , также известные как спутники дистанционного зондирования , включая спутники-шпионы и другие спутники для получения изображений Земли, используют НОО, поскольку они могут более четко видеть поверхность Земли, находясь ближе к ней. Большинство искусственных спутников размещено на НОО. Спутники также могут использовать преимущества постоянного освещения поверхности ниже через солнечно-синхронные орбиты LEO на высоте около 800 км (500 миль) и близком к полярному наклонению. Envisat (2002–2012) — один из примеров.
• На телескопе Хаббла орбиты в около 540 км (340 миль) над поверхностью Земли.
• Китайская космическая станция Tiangong была запущена в апреле 2021 года и в настоящее время находится на орбите между 340 и 450 километрами (280 миль).

Бывший

• Китайская станция Tiangong-1 находилась на орбите примерно 355 километров (221 миль) до своего спуска с орбиты в 2018 году.
• Китайская станция Tiangong-2 находилась на орбите примерно 370 км (230 миль) до своего спуска с орбиты в 2019 году.
• Гравиметрические миссии, такие как GOCE, находились на орбите примерно 255 км (158 миль) для измерения гравитационного поля Земли с максимальной чувствительностью. Срок службы миссии был ограничен из-за сопротивления атмосферы. GRACE и GRACE-FO находились на орбите около 500 км (310 миль).

Скорость света

Любопытно, сколько времени требуется свету, чтобы достигнуть Земли. Луч Солнца путешествует до Земли со скоростью 300.000.000 м/с. Чтобы пройти миллионы километров, ему требуется всего 8 минут. В космических масштабах это очень мало.

Исследователи занимаются изучением объектов, расположенных в удалении от Земли на многие световые годы. Один световой год – это отрезок с колоссальной протяженностью. Свету нужно лететь год, чтобы преодолеть расстояние в 9460 миллиардов километров. В астрономических единицах световой год равен 63241,1.

Еще одна из единиц измерения расстояний между удаленными космическими объектами – это парсек. Он составляет 3,26 световых года. Парсек – это сокращение от сочетания слов «параллакс» и «секунда».

Параллаксные дистанции измеряются именно при помощи парсеков. То есть пока Земле приходится идти по своей орбите вокруг Солнца, при смене ее положения на орбите также слегка меняется положение звезд.

Орбиты планет

Держим курс: равномерное вращательное движение

Если объект движется с постоянной по величине скоростью по окружности, то такое движение называется равномерным вращательным движением. Примерами такого движения являются движение гоночного автомобиля по круглому треку и стрелки на циферблате часов. На рис. 7.1 показан мяч для игры в гольф, привязанный нитью к шесту и совершающий движение по окружности. Мяч совершает движение с одинаковой по величине скоростью, но с изменяющимся направлением. Потому такое движение мяча называется равномерным вращательным движением.

Время, которое требуется мячику (или какому-либо другому объекту), чтобы полностью обогнуть окружность, называется периодом и обозначается символом ​\( T \)​. Период и линейную скорость можно легко связать, если известно пройденное расстояние, т.е. длина окружности ​\( 2\pi r \)​, а точнее ее радиус ​\( r \)​. Итак, линейная скорость мячика ​\( v \)​ равна:

а период вращения ​\( T \)​ равен:

Допустим, что длина нити равна 1 м, а период вращения равен 0,5 с. Чему в таком случае будет равна линейная скорость мячика? Подставим численные значения в одно из предыдущих соотношений и получим:

Итак, мячик вращается с линейной скоростью 13 м/с!

Астрофизические параметры Млечного Пути

Для того чтобы представить, как выглядит Млечный Путь в масштабах космоса, достаточно взглянуть на саму Вселенную и сравнить отдельные ее части. Наша галактика входит в подгруппу, которая в свою очередь является частью Местной группы, более крупного образования. Здесь наш космический мегаполис соседствует с галактиками Андромеда и Треугольника. Окружение троице составляют более 40 мелких галактик. Местная группа уже входит в состав еще более крупного образования и является частью сверхскопления Девы. Некоторые утверждают, что это только приблизительные предположения о том, где находится наша галактика. Масштабы образований настолько огромны, что все это представить практически невозможно. Сегодня мы знаем расстояние до ближайших соседствующих галактик. Другие объекты глубокого космоса находятся за пределами видимости. Только теоретически и математически допускается их существование.

Что касается обозримого мира, то сегодня имеется достаточно информации о том, как выглядит наша галактика. Существующая модель, а вместе с ней и карта Млечного Пути, составлена на основании математических расчетов, данных полученных в результате астрофизических наблюдений. Каждое космическое тело или фрагмент галактики занимает свое место. Это, как и во Вселенной, только в меньшем масштабе. Интересны астрофизические параметры нашего космического мегаполиса, а они впечатляют.

https://youtube.com/watch?v=QUmLohLA0uM

Наша галактика спирального типа с перемычкой, которую на звездных картах обозначают индексом SBbc. Диаметр галактического диска Млечного Пути составляет порядка 50-90 тысяч световых лет или 30 тысяч парсек. Для сравнения радиус галактики Андромеды равен 110 тыс. световых лет в масштабах Вселенной. Можно только представить насколько больше Млечного Пути наша соседка. Размеры же ближайших к Млечному Пути карликовых галактик в десятки раз меньше параметров нашей галактики. Магеллановы облака имеют диаметр всего 7-10 тыс. световых лет. В этом огромном звездном круговороте насчитывается порядка 200-400 миллиардов звезд. Эти звезды собраны в скопления и туманности. Значительная ее часть – это рукава Млечного Пути, в одном из которых находится наша солнечная система.

Все остальное — это темная материя, облака космического газа и пузыри, которые заполняют межзвездное пространство. Чем ближе к центру галактики, тем больше звезд, тем теснее становится космическое пространство. Наше Солнце располагается в области космоса, состоящем из более мелких космических объектов, находящихся на значительном расстоянии друг от друга.

Масса Млечного Пути составляет 6х1042 кг, что в триллионы раз больше массы нашего Солнца. Практически все звезды, населяющие нашу звездную страну, расположены в плоскости одного диска, толщина которого составляет по разным оценкам 1000 световых лет. Узнать точную массу нашей галактики не представляется возможным, так как большая часть видимого спектра звезд, скрыта от нас рукавами Млечного Пути. К тому же неизвестна масса темной материи, которая занимает огромные межзвездные пространства.

Центр галактики имеет диаметр 1000 парсек и состоит из ядра с интересной последовательностью. Центр ядра имеет форму выпуклости, в которой сосредоточены крупнейшие звезды и скопление раскаленных газов. Именно эта область выделяет огромное количество энергии, которая по совокупности больше, чем излучают миллиарды звезд, входящие в состав галактики. Эта часть ядра самая активная и самая яркая часть галактики. По краям ядра имеется перемычка, которая является началом рукавов нашей галактики. Такой мостик возникает в результате колоссальной силы гравитации, вызванной стремительной скоростью вращения самой галактики.

Рассматривая центральную часть галактики, парадоксальным выглядит следующий факт. Ученые долгое время не могли понять, что находится в центре Млечного Пути. Оказывается, в самом центре звездной страны под названием Млечный Путь устроилась сверхмассивная черная дыра, диаметр которой составляет порядка 140 км. Именно туда и уходит большая часть энергии, выделяемой ядром галактики, именно в этой бездонной бездне растворяются и умирают звезды. Присутствие черной дыры в центре Млечного Пути свидетельствует о том, что все процессы образования во Вселенной, должны когда-то закончиться. Материя превратится в антиматерию и все повторится снова. Как будет себя вести это чудовище через миллионы и миллиарды лет, черная бездна молчит, что указывает на то, что процессы поглощения материи только набирают силу.