วัตถุประสงค์การเรียนรู้
เมื่อจบบทเรียนนี้ คุณควรจะสามารถ
- กำหนดวงโคจร
- อธิบายการเคลื่อนที่ของวัตถุในวงโคจร
- อธิบายการเปิดตัวสู่วงโคจร
- อธิบายประเภทของวงโคจร
วงโคจรหมายถึงวิถีโค้งที่วัตถุเคลื่อนตาม ตัวอย่างเช่น เส้นทางโคจรตามโลกรอบดวงอาทิตย์ และเส้นทางโคจรตามดาวเคราะห์รอบดาวฤกษ์ ดาวเทียมตามธรรมชาติหรือที่มนุษย์สร้างขึ้นก็ติดตามวงโคจรเช่นกัน โดยปกติแล้ว วงโคจรเป็นวิถีโคจรซ้ำๆ อย่างไรก็ตาม วงโคจรยังหมายถึงวิถีโคจรที่ไม่ซ้ำอีกด้วย
การเคลื่อนที่ของวัตถุตามวงโคจรได้รับอิทธิพลจากแรงโน้มถ่วงและสามารถประมาณได้โดยใช้กลศาสตร์นิวตัน
วงโคจรสามารถเข้าใจได้ด้วยวิธีทั่วไปดังต่อไปนี้
- แรงเช่นแรงโน้มถ่วงดึงวัตถุผ่านทางโค้งในขณะที่วัตถุพยายามที่จะบินเป็นเส้นตรง
- เมื่อวัตถุถูกดึงเข้าหาวัตถุขนาดใหญ่ วัตถุนั้นจะตกลงเข้าหาร่างกาย อย่างไรก็ตาม หากวัตถุมีความเร็วในแนวสัมผัสเพียงพอ วัตถุจะยังคงเคลื่อนที่ตามวิถีโคจรและไม่ตกลงสู่วัตถุ วัตถุนั้นเรียกว่าโคจรรอบร่างกาย
วัตถุในอวกาศที่มีมวลจะถูกดึงดูดเข้าหากันเนื่องจากแรงโน้มถ่วง เมื่อวัตถุเหล่านี้มารวมกันโดยมีโมเมนตัมเพียงพอ วัตถุเหล่านั้นจะโคจรรอบกันและกัน
วัตถุที่มีมวลเท่ากันจะโคจรรอบกันและกันโดยไม่มีจุดศูนย์กลาง วัตถุขนาดเล็กในอวกาศโคจรรอบวัตถุขนาดใหญ่ ตัวอย่างเช่น ในระบบสุริยะ ดวงจันทร์โคจรรอบโลก และโลกโคจรรอบดวงอาทิตย์ อย่างไรก็ตาม วัตถุขนาดใหญ่บางชิ้นไม่ได้อยู่นิ่งสนิท เนื่องจากแรงโน้มถ่วง โลกจึงถูกดึงออกจากศูนย์กลางเล็กน้อยโดยดวงจันทร์ สิ่งนี้ทำให้เกิดกระแสน้ำในมหาสมุทรของเรา โลกยังถูกดึงออกจากจุดศูนย์กลางเล็กน้อยโดยโลกและดาวเคราะห์ดวงอื่น
ในระหว่างการสร้างระบบสุริยะ ฝุ่น น้ำแข็ง และก๊าซเดินทางในอวกาศด้วยทั้งโมเมนตัมและความเร็ว และล้อมรอบดวงอาทิตย์เป็นก้อนเมฆ เนื่องจากดวงอาทิตย์มีขนาดใหญ่กว่าวัตถุเหล่านี้ พวกมันจึงถูกดึงดูดโดยแรงโน้มถ่วงเข้าหาดวงอาทิตย์ ก่อตัวเป็นวงแหวนล้อมรอบมัน
เมื่อเวลาผ่านไป อนุภาคเหล่านี้เริ่มเกาะกลุ่มกันและขยายใหญ่ขึ้นจนก่อตัวเป็นดาวเคราะห์ ดาวเคราะห์น้อย และดวงจันทร์ นี่คือเหตุผลว่าทำไมดาวเคราะห์ถึงโคจรรอบดวงอาทิตย์ และพวกมันโคจรในทิศทางเดียวกับอนุภาค และอยู่ในระนาบเดียวกันโดยประมาณ
เมื่อจรวดปล่อยดาวเทียม มันจะวางตำแหน่งดาวเทียมในวงโคจรในอวกาศ ดาวเทียมจะคงอยู่ในวงโคจรด้วยแรงโน้มถ่วง ในทำนองเดียวกัน ดวงจันทร์ก็อยู่ในวงโคจรของโลกด้วยแรงโน้มถ่วง
โปรดทราบว่าในอวกาศไม่มีอากาศ ดังนั้นจึงไม่มีแรงเสียดทานของอากาศที่จะขัดขวางการเคลื่อนที่ของวัตถุในอวกาศ แรงโน้มถ่วงทำให้ดาวเทียมโคจรรอบโลกโดยไม่มีการต้านทานอีกต่อไป การส่งดาวเทียมขึ้นสู่วงโคจรของโลกทำให้เราสามารถนำเทคโนโลยีไปใช้ในด้านต่างๆ เช่น โทรคมนาคม การพยากรณ์อากาศ การนำทาง และการสังเกตการณ์ทางดาราศาสตร์
เปิดตัวสู่วงโคจร
การส่งดาวเทียมขึ้นสู่วงโคจรทำได้โดยใช้จรวด ทางเลือกของยานปล่อยนั้นขึ้นอยู่กับมวลของดาวเทียมเป็นหลัก และระยะทางจากโลกที่ดาวเทียมต้องเดินทาง วงโคจรในระดับความสูงสูงหรือน้ำหนักบรรทุกที่หนักต้องใช้กำลังมากกว่าเพื่อเอาชนะแรงโน้มถ่วงของโลก
ประเภทของวงโคจร
เมื่อปล่อยดาวเทียมหรือยานอวกาศแล้ว ดาวเทียมหรือยานอวกาศจะถูกวางในวงโคจรต่อไปนี้
- วงโคจรค้างฟ้า ภาพด้านบนเป็นภาพประกอบของวงโคจรค้างฟ้า ดาวเทียมในวงโคจรนี้โคจรรอบโลกจากตะวันตกไปตะวันออก เหนือเส้นศูนย์สูตร และตามการหมุนของโลก พวกมันเดินทางด้วยอัตราเดียวกับโลก และใช้เวลา 23 ชั่วโมง 56 นาที 4 วินาทีในการหมุนรอบตัวเอง สิ่งนี้ทำให้ดาวเทียมในวงโคจรนี้ปรากฏอยู่นิ่งในตำแหน่งคงที่ เพื่อให้สอดคล้องกับการหมุนของโลกอย่างสมบูรณ์ ความเร็วของดาวเทียมในวงโคจรนี้จะอยู่ที่ประมาณ 3 กิโลเมตรต่อวินาที และความสูง 35,786 กิโลเมตร
- วงโคจรต่ำของโลก ภาพด้านบนเป็นภาพวงโคจรระดับต่ำของโลก วงโคจรนี้ค่อนข้างใกล้กับวงโคจรของโลก ตั้งอยู่ที่ระดับความสูงต่ำกว่า 1,000 กิโลเมตร และสามารถตั้งอยู่ที่ต่ำถึง 160 กิโลเมตรเหนือพื้นผิวโลก ดาวเทียมในวงโคจรนี้ไม่จำเป็นต้องไปตามเส้นทางเฉพาะรอบโลก มีมากกว่าหนึ่งเส้นทางในวงโคจรนี้ ทำให้เป็นวงโคจรที่ใช้บ่อยที่สุด นี่คือวงโคจรที่ใช้สำหรับสถานีอวกาศนานาชาติ เนื่องจากอยู่ใกล้โลกจึงใช้สำหรับภาพถ่ายดาวเทียมและสร้างภาพที่มีความละเอียดสูง
- วงโคจรของโลกขนาดกลาง ภาพด้านบนเป็นภาพวงโคจรของโลกขนาดกลาง ประกอบด้วยวงโคจรที่หลากหลาย ดาวเทียมในวงโคจรนี้ไม่จำเป็นต้องใช้เส้นทางเฉพาะ นิยมใช้โดยดาวเทียมนำทาง
- วงโคจรขั้วโลก ภาพด้านบนเป็นภาพประกอบของวงโคจรขั้วโลก ดาวเทียมในวงโคจรนี้เดินทางจากเหนือลงใต้เหนือขั้วโลก ดาวเทียมในวงโคจรนี้ไม่จำเป็นต้องผ่านขั้ว เนื่องจากสามารถเบี่ยงเบนได้ภายใน 20 ถึง 30 องศา วงโคจรของขั้วโลกพบที่ระดับความสูงต่ำ 200 ถึง 1,000 กิโลเมตรเหนือพื้นโลก วงโคจรแบบซิงโครนัสของดวงอาทิตย์เป็นวงโคจรขั้วโลกประเภทหนึ่งที่วิ่งผ่านบริเวณขั้วโลกและซิงโครนัสกับดวงอาทิตย์ ซึ่งหมายความว่าดาวเทียมในวงโคจรนี้จะซิงโครไนซ์ให้อยู่ในตำแหน่งเดียวกันเมื่อเทียบกับดวงอาทิตย์
- วงโคจรการถ่ายโอนภาพด้านบนเป็นภาพประกอบของวงโคจรการถ่ายโอน วงโคจรเหล่านี้ใช้เพื่อเดินทางจากวงโคจรหนึ่งไปยังอีกวงหนึ่ง เมื่อดาวเทียมอยู่ในวงโคจรนี้ มันเป็นเรื่องง่ายที่จะย้ายไปยังวงโคจรอื่น วิธีนี้ช่วยให้ดาวเทียมไปถึงวงโคจรในระดับสูงได้โดยไม่จำเป็นต้องมียานส่งเพื่อบรรทุกไปจนสุด
สรุป
เราได้เรียนรู้ว่า
- วงโคจรหมายถึงวิถีโค้งที่วัตถุเคลื่อนตาม
- การเคลื่อนที่ของวัตถุตามวงโคจรได้รับอิทธิพลจากแรงโน้มถ่วง
- วัตถุที่มีมวลเท่ากันโคจรรอบกันและกันโดยไม่มีอะไรอยู่ตรงกลาง ยกเว้นวัตถุขนาดเล็กในอวกาศที่โคจรรอบวัตถุขนาดใหญ่กว่า
- เราใช้จรวดส่งดาวเทียมขึ้นสู่วงโคจรอวกาศ
