从1957年人类第一颗卫星发送到太空中,到目前为止,人类至少向太空中发射了4000多颗人造天体,除了少部分掉下来外,其余大部分还在地球轨道上飘荡。

按道理来说,人类到目前为止,应该不止发送4000多颗卫星,但是,因为有些卫星出于保密的需要,就没有纳入统计数据。

地球为什么有地心引力分析(为什么卫星掉不下来)(1)

很多人就有一个疑问,不是有地心引力吗?为什么这些在太空中的卫星,不受地心引力的影响,掉不下来呢?

在这里要说两点:

1、卫星能够围绕地球轨道转圈,本身就是受到地心引力的影响。

2、卫星能不能够掉下来,取决于它的速度。

说了可能有些人不太理解,用个生活中的例子做类比吧!比如说一个小朋友,用一个绳子拴住一个球,然后把这个球甩这转圈圈。

地球为什么有地心引力分析(为什么卫星掉不下来)(2)

只要这个球转得够快,它就会在一个平面上围绕这个小孩转,只要速度不降下来,就会一直转圈圈。

在这个过程中,小孩就类似地球,而绳子对地球的牵引力,就好比是地心引力,如果没有这个牵引力的存在。

这个球就不会沿着小孩转圈了,而是会沿着切角飞走,但是同样的,如果这颗小球的速度不够快的话,那么它就飞不起来,很快的会掉落地面。

地球为什么有地心引力分析(为什么卫星掉不下来)(3)

而如果在太空的真空环境中,没有重力存在的话,如果这颗小球如果速度不够快的话,就会受牵引力的影响,最终会飞向小孩的方向,也就如同卫星坠入地球一样。

所以在太空中,理论上卫星在轨道上,只要突破了地心引力7.9公里/秒,会一直一直停留在地球轨道上,机会可以和地球的寿命比较长。

地球为什么有地心引力分析(为什么卫星掉不下来)(4)

那很多人说,这不对了,经常在现实中不是看到,卫星坠落大气层,还有非常著名的和平号空间站,最终不也坠入大气层中坠毁了。

事实上,这些卫星坠落地球,并不是因为地心引力,而是因为速度变慢了,而其速度变慢的原因,是因为遇到阻力,就好像风阻一样。

地球为什么有地心引力分析(为什么卫星掉不下来)(5)

在太空中也有空气阻力?

是的,在太空中也有空气阻力,现在理论上的太空,是在100公里的卡门线以上,被称为地球之外的外太空。

但是由于地球每天有大量的气体,逃逸到外太空之中,在100-150公里的时候,其空气的密度只有地面的20-30万分之一,这个密度已经小到让声波难以传播。

地球为什么有地心引力分析(为什么卫星掉不下来)(6)

但是对于高速运行的卫星来说,仍然非常的致命,空气阻力与速度的平方成正比,速度越快,空气阻力越大。

地球为什么有地心引力分析(为什么卫星掉不下来)(7)

而由于卫星的速度非常快,所以,即使空气的密度非常少,但还是会造成很大的阻力,而当在300-400公里轨道上空的时候。

空气的密度已经下降了数亿倍,在这个高度,空气的密度已经非常低了,每立方厘米的空间中,分布的空气就是以几个分子计算的。

但是由于卫星速度过快,而阻力与空气的平方有关,所以在这个高度,还是不得不考虑阻力的存在,而很多早期的卫星并没有携带动力系统,所以速度会越来越慢,慢慢的坠落在大气层之中。

地球为什么有地心引力分析(为什么卫星掉不下来)(8)

国际空间站也在300-400公里的高度,因为空气阻力不仅决定于速度,也决定于接触面积,由于国际空间站的速度不仅快,而且接触面积大,所以需要过一段时间,就要抬升一次轨道,据统计,一年抬升轨道的燃料需要消耗7.5吨。

而当轨道高度提升到400公里以上,这个时候几乎可以忽略空气阻力的影响了,只要不出现特殊情况,卫星会一直在这个轨道高度,所以有专家说,卫星在轨道上,可以直到天荒地老,到地球毁灭。

地球为什么有地心引力分析(为什么卫星掉不下来)(9)

1970年我国发射的东方红一号卫星,发射入轨是近地轨道429公里,远地轨道为2036公里的一个椭圆形。

在2017年一次对其进行测量后,发现其轨道高度为:近地轨道435公里,远地轨道2041公里。

地球为什么有地心引力分析(为什么卫星掉不下来)(10)

可以看出将近50年过去,其轨道不仅没有下降,而且还略有提升,这是因为在这个高度,不仅不受阻力的影响,而且在太阳风的吹拂下,给卫星施加了一些光压,导致东方红一号卫星轨道抬升的情况。

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