Почему для того, чтобы передать, например, телевизионный сигнал, из Нью-Йорка в Москву, требуется запускать далеко в космос какой-то аппарат? Ответить на этот вопрос очень простой: Земля имеет форму шара. Радиоволны, на которых в виде электромагнитных колебаний передается звук, изображение и даже компьютерные данные, распространяются по прямой линии. Они не могут огибать Землю и не могут проходить сквозь ее толщу. Из какой бы точки Земли мы не отправили в путь радиоволны, они неизбежно уйдут прочь от нашей планеты, в космос. Правда, часть радиоволн как от зеркала отражается от ионосферы - особого слоя, окружающего Землю. Отражается – и снова попадает на поверхность планеты, за многие сотни и тысячи километров от передатчика. На этом явлении основана дальняя радиосвязь. Именно поэтому с помощью обычного приемника мы можем слышать радиопередачи из Америки или Китая.
Но вот беда – с помощью таких волн (их называют короткими, средними и длинными) нельзя передать ни телевизионное изображение, ни качественный звук, ни большой объем данных. Для передачи телевизионного сигнала или качественной музыки нужны особые радиоволны с высокой частотой колебаний. Их называют ультракороткими. Ультракороткие волны от ионосферы не отражаются и беспрепятственно уходят в космическое пространство. Как же сделать так, чтобы телевизионное изображение на ультракоротких волнах можно было передать на дальнее расстояние? Правильно! Нужно поймать волны в космосе и перенаправить их обратно на Землю. Туда, где находится приемник. Вот для этого и существуют спутники связи. Если говорить упрощенно – спутник связи – это подвешенное в космосе зеркало для радиоволн. Спутник висит так высоко, что для него города расположенные далеко друг от друга, например, Лондон и Стамбул "видны" как на ладони. К обоим городам от спутника могут свободно идти радиоволны, не встречая никаких препятствий. И к спутнику из этих столиц (да и из множества других мест на Земле) волны идут также свободно. Спутник помогает радиосигналу "перпрыгнуть" через кривизну земного шара.
В чем-то спутник связи схож с высокими телевизионными башнями. Ведь чем выше башня, тем дальше может передаваться радиосигнал. Если вершина телебашни находится в пределах прямой видимости, ты можешь принимать с нее на свой телевизор телепередачи. Но стоит отъехать дальше – башня скроется за горизонтом (то есть за изгибом Земли) Теперь радиоволны до твоего телевизора не дойдут. Спутник находится на десятки тысяч километров выше, чем самая высокая башня. Поэтому он одновременно может передавать свои волны на огромную часть земного шара.
Однако у спутника и башни есть существенное различие. Если телевизионная вышка стоит на одном месте, то спутник должен лететь с огромной скоростью (больше 8 километров в секунду!) вокруг Земли. Иначе он просто упадет. Таковы законы физики. Как же сделать так, чтобы он, подобно вершине телебашни, всегда находился в одной точке? Спутники, наблюдающие за земной поверхностью, или орбитальные космические корабли летают не очень высоко – примерно на высоте 200 – 300 километров. В хорошую ясную ночь их даже можно увидеть с Земли. Вот яркая точка показалась над горизонтом, пролетела по небу и через какие-нибудь минуты вновь исчезла за горизонтом. И хотя точка на Земле, в которой стоит наблюдатель, так же как и спутник вращаются вокруг земной оси, космический аппарат обгоняет земную поверхность. Он летит быстрее, чем вращается Земля.
Чтобы спутник находился в небе постоянно в одной и той же точке, его нужно запустить на очень большую высоту. Тогда орбита – путь, который он будет описывать вокруг нашей планеты, окажется очень длинным. Время обращения спутника и время обращения любой точки на земной поверхности вокруг оси планеты станут одинаковыми. Говоря научным языком, у спутника и поверхности планеты сравняется угловая скорость.
Понять это можно на очень простом примере. Если на вращающемся колесе закрепить, ну например, два пластилиновых шарика – один на внешней стороне колеса, другой на внутренней, ближе к оси, то можно заметить, что шарик у обода несется с большой скоростью, а тот, что у центра – еле движется. Однако относительно друг друга они неподвижны и находятся на одной и той же линии. Угловая скорость у них одинаковая. Шарик у оси – это поверхность Земли. Шарик на внешней стороне колеса – спутник связи, вращающийся по орбите.
Орбита, позволяющая спутнику как бы неподвижно висеть над поверхностью Земли, называется геостационарной. Она имеет форму круга и проходит примерно над земным экватором – линией, отделяющей Северное полушарие от Южного. Именно с такого спутника, находящегося за 35 – 40 тысяч километров мы принимаем телепрограммы на "антенны", которыми мало-помалу стали обрастать дома в нашей стране.
В широком смысле спутник - это попутчик или товарищ, тот, кто сопровождает кого-то в пути. Но спутники есть не только у людей. Планеты тоже имеют своих «попутчиков». Какие они бывают? Когда впервые появился искусственный спутник?
Возникновение спутников
В астрономии понятие «спутник» впервые появилось благодаря ученому Иоганну Кеплеру. Он употребил его ещё в 1611 году в своей работе Narratio de Iovis Satellitibus. В обычном понимании планетные спутники - это космические тела, которые вращаются вокруг планет. Они обращаются по собственной орбите под действием гравитационных сил своего «старшего компаньона».
Естественные спутники - это тела, которые появились природным путем, без участия человека. Они могут образоваться из газа и пыли или же из осколка какого-либо небесного тела, захваченные силами притяжения планеты. Попадая под влияние гравитационных сил, они преобразовываются, например, сжимаются и уплотняются, приобретают шарообразную форму (не всегда) и т. д.
Предполагается, что большинство современных спутников планет - их осколки, отколовшиеся в результате столкновения, или бывшие астероиды. Как правило, они состоят изо льда и минералов, в отличие от планет, не имеют металлического ядра, усеяны кратерами и разломами.
При открытии спутника ему присваивают номер. Затем первооткрыватель имеет право его назвать по собственному усмотрению. Традиционно их имена связывают с мифологией. Лишь у Урана они названы в честь литературных персонажей.
Спутники планет
У планет может быть самое разнообразное количество «компаньонов». У Земли он всего один - Луна, а вот у Юпитера их насчитывается 69. У Венеры и Меркурия спутников нет. Периодически появляются заявления об их обнаружении, однако все они вскоре опровергаются.
Спутник Юпитера, Ганимед, считается самым большим в Солнечной системе. Он состоит из силикатов и льда, а в диаметре достигает 5 268 километров. Полный оборот вокруг Юпитера занимает у него 7 дней и 3 часа.
У Марса два «попутчика» с впечатляющими названиями Деймос и Фобос, что с греческого языка переводится как «ужас» и «страх». Они обладают формой приближенной к трехосному эллипсоиду (длина полуосей неодинакова). Ученые утверждают, что скорость Фобоса постепенно снижается, а сам он приближается к планете. Однажды он просто упадет на Марс или же разрушится, образовав планетное кольцо.
Луна
Единственный естественный земной спутник - Луна. Это самое близкое и наиболее изученное нами небесное тело за пределами планеты Земля. Она обладает ядром, нижней, средней, верхней мантиями и корой. Также на Луне есть атмосфера.
Кора спутника состоит из реголита - остаточного грунта из пыли и каменистых обломков метеоритов. Поверхность Луны покрыта горами, бороздами, хребтами, а также морями (крупные низменности, покрытые застывшей лавой). Её атмосфера сильно разрежена, из-за чего небо над ней всегда черное и звездное.
Движение Луны вокруг Земли сложное. На него влияет не только гравитация нашей планеты, но и её сплюснутая форма, а также притяжение Солнца, которое притягивает Луну сильнее. Её полное обращение занимает 27,3 суток. Её орбита находится в плоскости эклиптики, в то время как у большинства других спутников она расположена в зоне экватора.
Луна вращается и вокруг своей оси. Однако это движение синхронизировано так, что к Земле она повернута всегда одной и той же стороной. Такое же явление наблюдается и у Плутона с его спутником Хароном.
Искусственные спутники
Искусственные спутники - это аппараты, созданные человеком и отправленные на околопланетную орбиту. Внутри них находятся различные приборы, необходимые для исследований.
Как правило, они беспилотные и управляются с земных космических станций. Чтобы запустить их в космос, используют специальные пилотируемые аппараты. Спутники бывают:
- исследовательские - для изучения космоса и небесных тел;
- навигационные - для определения местоположения объектов Земли, определения скорости и направления приемника сигнала (GPS, "Глонас");
- спутники связи - передают радиосигнал между отдаленными точками на Земле;
- метеорологические - получает данные о состоянии атмосферы для прогнозирования погоды.
Первый искусственный спутник Земли был выпущен в период Холодной войны в 1957 году. Он был отправлен от СССР и назывался "Спутник-1". Годом позже США выпустили «Эксплорер-1». Только через несколько лет за ними последовали Великобритания, Канада, Италия, Франция, Австралия и многие другие страны.
Естественными спутниками называют сравнительно небольшие космические тела, которые вращаются вокруг более крупных планет-«хозяев». Отчасти им посвящена целая наука – планетология.
В 70-х годах астрономы предполагали, что Меркурий имеет несколько зависящих от него небесных тел, так как уловили вокруг ультрафиолетовое излучение. Позднее оказалось, что свет принадлежал далекой звезде.
Современная аппаратура позволяет более подробно исследовать ближайшую к Солнцу планету. Сегодня все планетологи в унисон твердят, что у неё спутников нет.
Спутники планеты Венера
Венеру называют подобной Земле, так как у них одинаковые составы. Но если говорить про естественные космические объекты, то планета, названная именем богини любви, близка к Меркурию. Эти две планеты Солнечной системы уникальны тем, что совершенно одиноки.
Астрологи считают, что ранее у Венеры могли наблюдаться таковые, но на сегодняшний день не обнаружено ни единого.
Сколько естественных спутников у Земли?
У нашей родной Земли множество спутников, но только один естественный, о котором знает каждый человек еще с младенчества – это Луна.
Размер Луны превышает четверть диаметра Земли и составляет 3475 км. Она является единственным небесным телом со столь крупными габаритами относительно «хозяина».
Удивительно, но её масса при этом невелика - 7.35×10²² кг, что указывает на низкую плотность. Множественные кратеры на поверхности видны с Земли даже без каких-либо специальных устройств.
Какие спутники у Марса?
Марс – достаточно маленькая планета, которую иногда называют красной из-за алого оттенка. Его придаёт оксид железа, входящий в её состав. На сегодняшний день Марс может похвастать двумя естественными небесными объектами.
Оба спутника – Деймос и Фобос были открыты Асафом Холлом в 1877 году. Они являются самыми маленькими и самыми темными объектами в нашей комической системе.
Деймос переводится как древнегреческий бог, сеющий панику и ужас. Исходя из наблюдений, он постепенно отдаляется от Марса. Фобос, носящий имя бога, приносящего страх и хаос – единственный спутник, который находится так близко к «хозяину» (на расстоянии 6000 км).
Поверхности Фобоса и Деймоса обильно покрыты кратерами, пылью и разными сыпучими породами.
Спутники Юпитера
На сегодняшний день у гиганта Юпитера 67 спутников – больше, чем у прочих планет. Самые крупные из них считаются достижением Галилео Галилея, так как были открыты им в 1610 году.
Среди небесных тел, вращающихся около Юпитера, стоит отметить:
- Адрастею, диаметром 250×147×129 км и массой ~3,7·1016 кг;
- Метиса - размеры 60×40×35 км, вес ~2·1015 кг;
- Фиву, обладающую масштабами 116×99×85 и массой ~4,4·1017 кг;
- Амальтею - 250×148×127 км, 2·1018 кг;
- Ио с весом 9·1022 кг при 3660×3639×3630 км;
- Ганимеда, который при массе 1,5·1023 кг имел диаметр 5263 км;
- Европу, занимающую 3120 км и весящую 5·1022 кг;
- Каллисто, при диаметре 4820 км имеющего массу 1·1023 кг.
Первые спутники были открыты в 1610 году, некоторые с 70-х по 90-е годы, затем в 2000, 2002, 2003. Последние из них обнаружены в 2012 году.
Сатурн и его спутники
Найдено 62 спутника, из которых 53 имеют названия. Большинство из них состоит из льда и каменных пород, отличаясь отражательной особенностью.
Самые крупные космические объекты Сатурна:
Сколько спутников у Урана?
На данный момент Уран имеет 27 естественных небесных тел. Они названы именами персонажей известных произведений, авторами которых являются Александр Поуп и Уильям Шекспир.
Названия и список по количеству с описанием:
Спутники Нептуна
Планета, название которой созвучно с именем великого бога морей, была обнаружена в 1846 году. Она стала первой, которую нашли при помощи математических расчетов, а не благодаря наблюдениям. Постепенно у неё открывали новые спутники, пока не насчитали 14.
Список
Спутники Нептуна названы в честь нимф и различных морских божеств из греческой мифологии.
Прекрасная Нереида была открыта в 1949 году Жераром Койпером. Протей представляет собой несферическое космическое тело и детально исследуется планетологами.
Гигантский Тритон является самым ледяным объектом Солнечной системы с температурой -240°C, а также единственным спутником, вращающимся вокруг себя в направлении, противоположном вращению «хозяина».
Практически все спутники Нептуна имеют на поверхности кратеры, вулканы - как огненные, так и ледовые. Они извергают из своих недр смеси метана, пыли, жидкого азота и прочих веществ. Поэтому человек не сможет находиться на них без специальной защиты.
Что такое «спутники планет» и сколько их всего в Солнечной системе?
Спутниками являются космические тела, меньшие по размеру, чем планеты-«хозяева» и вращающиеся по орбитам последних. Вопрос о происхождении спутников до сих пор открыт и является одним из ключевых в современной планетологии.
На сегодня известно 179 естественных космических объектов, которые распределены следующим образом:
- Венера и Меркурий – 0;
- Земля – 1;
- Марс – 2;
- Плутон – 5;
- Нептун – 14;
- Уран – 27;
- Сатурн – 63;
- Юпитер – 67.
Технологии совершенствуются с каждым годом, находя больше небесных тел. Возможно, в скором времени будут обнаружены новые спутники. Нам остается только ждать, постоянно проверяя новости.
Самый большой спутник в Солнечной системе
Самым масштабным в нашей Солнечной системе считается Ганимед – спутник гигантского Юпитера. Его диаметр по подсчетам ученых составляет 5263 км. Следующим по размеру идёт Титан с размером 5150 км – «луна» Сатурна. Закрывает тройку лидеров Каллисто – «сосед» Ганимеда, с которым они делят одного «хозяина». Его масштаб составляет 4800 км.
Зачем планетам нужны спутники?
Планетологи во все времена задавались вопросом «Зачем нужны спутники?» или «Какое влияние они оказывают на планеты?». Исходя из наблюдений и подсчетов, можно сделать некоторые выводы.
Естественные спутники играют важную роль для «хозяев». Они создают определенный климат на планете. Не менее важно и то, что они служат защитой от астероидов, комет, иных опасных небесных тел.
Несмотря на столь значительное воздействие, спутники всё же не являются обязательными для планеты. Даже без их наличия на ней может образоваться и поддерживаться жизнь. К этому выводу пришел американский ученый Джек Лиссауэр из научного космического центра NASA .
Телекоммуникационные спутники обычно размещаются на геостационарной орбите (GEO). которая является круговой орбитой с высотой в 35 786 километров над экватором Земли и следуют по направлению вращения Земли. У объекта в GEO есть орбитальный период, равный периоду вращения , поэтому для наземных наблюдателей он кажется неподвижным и занимает фиксированное положение на небе.
Спутники в GEO позволяют осуществлять постоянную связь , передавая сигналы радиочастот от стационарных антенн. Эти сигналы не очень отличаются от сигналов, которые используются при передаче широковещательного наземного телевидения и обычно имеют частоту в 3-50 раз выше. Сигнал, принимаемый спутником, усиливается и передается обратно на Землю, позволяя устанавливать связь между точками, расположенными на расстоянии тысяч километров между собою.
Особое свойство, которое делает геостационарные спутники чрезвычайно привлекательными, является их способность к передаче информации . Ретранслируемый сигнал может быть принят антеннами где угодно в зоне охвата спутника, сопоставимой с размером страны, области, континента или даже всего полушария. Любой человек у которого есть небольшая антенна 40-50 см в диаметре, может стать прямым пользователем спутника.
Спутник, работающий на геостационарной орбите, не нуждается ни в каком двигателе и его пребывание на орбите Земли может продлиться долгие годы. Трение от тонких верхних слоев атмосферы в конечном счете замедлит его и заставит опускаться все ниже и, в конце концов, он сгорит в более низких слоях атмосферы.
Если спутник запускается с большим количеством топлива, он перемещается быстрее и радиус его орбиты больше. Большая орбита означает, что угловое движение спутника вокруг Земли медленнее. Как пример, Луна, находящаяся в 380 000 км от Земли, имеет орбитальный период в 28 дней.
Спутники находящиеся на околоземной орбите (LEO), такие как , многие научные и спутники наблюдения работают в намного более низких высотах: они делают полный круг обращения вокруг Земли приблизительно за 90 минут на высотах в нескольких сот километров.
Телекоммуникационные спутники могут также находиться на LEO, будучи видимыми с любого места в течение 10-20 минут. Чтобы гарантировать непрерывность передачи информации в таком случае понадобиться развертывание десятков спутников.
Телекоммуникационные системы на LEO могут потребовать 48, 66, 77, 80 или даже 288 спутников для оказания необходимых услуг. Несколько из этих систем были развернуты, чтобы обеспечить связь для мобильных терминалов. Они используют относительно низкие частоты (1.5-2.5 ГГц), которые находятся в том же самом диапазоне, как и частоты, используемые в мобильных сетях с GSM. Тот факт, что для данного типа спутников не требуется каких-либо дорогостоящих передающих и принимающих устройств – плюс для них: никакое тщательное отслеживание спутника в этом случае не нужно. Кроме того, низкая высота минимизирует задержку времени прохождения сигнала и требует меньше мощности передатчиков, необходимых для установления связи.
Спутники и планеты Солнечной системы
Естественные спутники планет играют колоссальную роль в жизни этих космических объектов. Более того, даже мы люди способны на своей шкуре ощутить влияние единственного естественного спутника нашей планеты – Луны.
Естественные спутники планет Солнечной системы с давних времен вызывали живой интерес у астрономов. По сегодняшний день ученые занимаются их изучением. Что же представляют собой эти космические объекты?
Естественные спутники планет – это космические тела естественного происхождения, которые вращаются вокруг планет. Наиболее интересными для нас представляются естественные спутники планет Солнечной системы, так как они находятся в непосредственной близости от нас.
В Солнечной системе всего две планеты не имеют естественных спутников. Это Венера и Меркурий. Хотя предполагается, что ранее у Меркурия естественные спутники были, однако данная планета в процессе своей эволюции их лишилась. Что касается остальных планет Солнечной системы, то каждая из них имеет как минимум один естественный спутник. Самый известный из них – Луна, которая является верным космическим попутчиком нашей планеты. Марс имеет , Юпитер – , Сатурн – , Уран – , Нептун – . В числе этих спутников мы можем обнаружить, как весьма непримечательные объекты, состоящие в основном из камня, так и весьма интересные экземпляры, которые заслуживают отдельного внимания, и о которых мы будем говорить ниже.
Классификация спутников
Ученые разделяют спутники планет на два вида: спутники искусственного происхождения и естественного. Спутники искусственного происхождения или, как их еще называют, искусственные спутники – это космические аппараты, созданные людьми, которые позволяют наблюдать за планетой, около которой они вращаются, а также другими астрономическими объектами из космоса. Обычно искусственные спутники используются для наблюдения за погодой, радиотрансляции, изменениями рельефа поверхности планеты, а также в военных целях.
МКС — самый крупный искуственный спутник Земли
Следует отметить, что спутники искусственного происхождения есть не только у Земли, как считают многие люди. Более десятка искусственных спутников, созданных человечеством, вращается вокруг двух ближайших к нам планет – Венеры и Марса. Они позволяют наблюдать за климатическими условиями, изменением рельефа, а также получать прочую актуальную информацию касательно наших космических соседей.
Ганимед — крупнейший спутник в Солнечной системе
Вторая категория спутников – естественные спутники планет, представляет для нас огромный интерес в этой статье. Естественные спутники отличаются от искусственных тем, что они были созданы не человеком, а самой природой. Считается, что большинство спутников Солнечной системы – это астероиды, которые были захвачены гравитационными силами планет этой системы. Впоследствии астероиды приняли шарообразную форму и в результате стали вращаться вокруг планеты, которая их захватила, в качестве постоянного компаньона. Существует также теория, которая говорит о том, что естественные спутники планет – это осколки самих этих планет, которые по тем или иным причинам откололись от самой планеты в процессе ее формирования. Кстати, согласно этой теории так возник естественный спутник Земли – Луна. Данную теорию подтверждает химический анализ состава Луны. Он показал, что химический состав спутника практически не отличается от химического состава нашей планеты, где присутствуют те же химические соединения, что и на Луне.
Интересные факты о самых интересных спутниках
Одним из интереснейших естественных спутников планет Солнечной системы является – естественный спутник . Харон, в сравнении с Плутоном, настолько огромен, что многие астрономы называют эти два космических объекта не иначе, как двойной карликовой планетой. Планета Плутон всего в два раза больше своего естественного спутника.
Живой интерес астрономов вызывает естественный спутник – . Большинство естественных спутников планет Солнечной системы состоят в основном изо льда, камня или обеих этих составляющих, в результате чего у них отсутствует атмосфера. Однако у Титана эта есть, причем достаточно плотная, а также озера из жидких углеводородов.
Еще один естественный спутник, который дает надежду ученым на обнаружение внеземных форм жизни, является спутник Юпитера – . Считается, что под толстым слоем льда, который покрывает спутник, находится океан, внутри которого действуют термальные источники – точно такие же, как и на Земле. Поскольку некоторые глубоководные формы жизни на Земле существуют благодаря этим источникам, то считается, что схожие формы жизни могут существовать и на Титане.
У планеты Юпитер есть еще один интересный естественный спутник – . Ио – это единственный спутник планеты Солнечной системы, на котором ученые-астрофизики впервые обнаружили действующие вулканы. Именно по этой причине он представляет особый интерес для исследователей космоса.
Исследования естественных спутников
Исследования естественных спутников планет Солнечной системы интересовали умы ученых-астрономов с давних времен. С момента изобретения первого телескопа люди активно изучали эти небесные объекты. Прорыв развития цивилизации позволили не только открыть колоссальное количество спутников различных планет Солнечной системы, но и ступить человеку на главный, ближайший к нам, спутник Земли – Луну. 21 июля 1969 года американский астронавт Нил Армстронг вместе с командой космического корабля «Аполлон-11» впервые ступил на поверхность Луны, что вызвало ликование в сердцах тогдашнего человечества и до сих пор считается одним из самых важных и значительных событий в освоении космоса.
Помимо Луны, ученые активно занимаются исследованием других естественных спутников планет Солнечной системы. Для этого астрономы используют не только методы визуального и радиолокационного наблюдения, но и задействуют современные космические аппараты, а также искусственные спутники. К примеру, космический аппарат « » впервые передал на Землю снимки нескольких крупнейших спутников Юпитера: , . В частности, именно благодаря этим снимкам ученые смогли зафиксировать наличие вулканов на спутнике Ио, и океана на Европе.
На сегодняшний день всемирное сообщество исследователей космоса продолжает активно заниматься исследованием естественных спутников планет Солнечной системы. Помимо различных государственных программ существуют также частные проекты, направленные на изучение этих космических объектов. В частности всемирно известная американская компания «Google» сейчас ведет разработку туристического лунохода, на котором многие желающие могли бы совершить прогулку по Луне.
