Warum kann ein Satellit nicht ständig über dem Polarkreis fliegen?
Guten Tag!
Ich habe eine physikalische Frage. Ein Satellit kann nicht ständig über dem Polarkreis fliegen oder die USA umkreisen, warum ist das so? Ich glaube, es hängt mit der Gravitation und der Zentripetalkraft zusammen, aber ich kann es mir logisch nicht erklären.
Ich freue mich auf Rückmeldungen, danke im Voraus.
11 Antworten
Ein Satellit kann seine Bahn nur halten, wenn er eine bestimmte Geschwindigkeit hat. Da sich bei der Erdrotation die Pole nicht bewegen, sondern nur um die eigene Achse drehen, kann ein Satellit nicht über den Polen stehen, ohne abzustürzen.
Über dem Äquator ist es jedoch möglich, Bahnen in entsprechender Höhe so zu wählen, dass Satelliten genau mit der Erddrehung mitgehen, also quasi über einem Punkt auf der Erdoberfläche still stehen.
Oh das is einfach. Nimm dir nen Ball. Dann nimmst du einen kleineren ball und pinst den mit nem Faden in "Äquatornähe" an den großen. Dann dreh den großen.
Sobald die Rotation schnell genug ist, wird der kleine den großen umkreisen. Die Zentrifugalkraft hält den kleinen auf Distanz, während die Schwerkraft (da in diesem Experiment zu klein), die den Satelliten in der Bahn hält, durch den Faden ersetzt wird.
Dann wiederhole das Experiment. Nur ist diesesmal der Pol der Einstich (also der obere).
Direkt an der Achse ist die Bahn des kleinen Balls keine Kreisbahn mehr, aus der eine Zentrifugalkraft resultieren könnte, sondern eine rotation. Also keine Kraft die der Schwerkraft entgegen gesetzt wird. Resultat: Absturz.
Ein Polarstationärer Satellit müsste also kontinuierlich mit Schubdüsen auf Position gehalten werden. Da stößt du aber nach wenigen Tagen auf ein Treibstoffproblem.
Das wird eigentlich klar, wenn man sich mal vergegenwärtigt, was eigentlich ein stabiler Orbit ist:
Im Grunde genommen heißt das nichts anderes, als das der Satellit sich so schnell seitwärts bewegt, dass er ständig an der Erde "vorbei fällt".
Um im Kreis zu fliegen müsste er abbremsen und wenn er abbremst, dann fällt er halt nicht mehr an der Erde vorbei sondern drauf und dann ist schluss mit Lustig.
Bzw. müsste der Satellit ständig die Flugrichtung ändern und dazu braucht er ständig schub. So viel Treibstoff kann man schlecht mitnehmen.
Hallo,
Jedes kleine Objekt (auch Satelliten), das sich im Orbit um ein deutlich größeres Objekt (z.B. Planet) befindet, muß sich um das Massezentrum des großen Objektes bewegen. Das kann eine Kreisbahn, aber auch eine Ellipse sein und die Bahn kann auch ganz leicht "eiern". Letzteres tritt bei Satelliten auf tiefen Orbits auf, weil sie auf ihrer Umlaufbahn verschieden dichte Erdformationen überfliegen, die eine ganz leicht abweichende Gravitation bewirken.
Welche Orientierung der Orbit hat spielt keine Rolle: mit oder gegen die Drehrichtung der Erde, äquatorial oder polar, oder irgendetwas dazwischen. Hauptsache der Orbit erfolgt um den Massenschwerpunkt.
Die Orientierung nach der Drehrichtung der Erde hat energetische Gründe: dabei kann man den Impuls der Erddrehung ausnutzen, weshalb die meisten Raketenstarts möglichst äquatornah erfolgen. Außerdem spielt es für geostationäre Satelliten eine wesentliche Rolle, weil die sich in genau 24 Std. einmal um die Erde drehen und somit stationär am Himmel zu stehen scheinen.
Das gilt für kleine Objekte, weil deren Eigenmasse vernachlässigbar gering ist. Bei annähernd gleich schweren Objekten (ab etwa einem Massenverhältnis von 1 zu 1000 bis 10000) sieht die Sache anders aus: Dabei üben beide Objekte aufeinander gravitativen Einfluß aus, womit sich der Masseschwerpunkt nicht im Zentrum eines der beiden Objekte befindet, sondern dazwischen. Aber auch hier gilt, daß beide Objekte um den gemeinsamen Massenschwerpunkt kreisen.
Völlig anders sieht die Sache bei Strukturen wie der Milchstraße aus, weil wir dort keine zentrale, sondern eine verteilte Masse haben (Sagittarius A* spielt dabei keine Rolle).
Grüße
Ein Satellit kann nicht anders, als um den Schwerpunkt der Erde zu sausen.
Es gibt somit prinzipiell 2 Sorten:
- Die einen sausen immer knapp an den Polen vorbei. Direkt über die Pole geht nicht; da wäre die Bahn plötzlich instabil.
- Die anderen sausen um den Äquator entlang. Die fliegen in einer höhe von ca. 36000km und haben eine Umlaufzeit von 24 Stunden. Somit stehen sie scheinbar fest über einem Ort. Beispiel: Fernsehsatelliten.
Zur Klarstellung: Der Orbit des Satelliten ist (fast) nicht abhängig von der Rotation der Erde um ihre Achse. Der Satellit hat seine eigene Fliehkraft wegen seiner Trägheit.