Warum müssen Geostationäre Satelliten senkrecht über dem Äquator sein?
und wieso ist der benötigte Abstand zur Erde im Verhältnis zu anderen Satelliten so groß? Für Physik.
8 Antworten
Die können nur dann geostationär sein, wenn die Umlaufbahn immer genau über der selben Stelle der Erde ist. Das geht nur wenn die Kreisbewegung genau gleich der Erdoberfläche ist. Die Erde und die Satellitenumlaufbahn brauchen dan genau die selbe "Drehachse". Würde man die verdrehen, dann würde sich der Satellit relativ zur Erde bewegen. Im Extremfall wäre die Achse 90° verdreht, dann würde der Satellit statt der Erdoberfläche zu folgen ständig über die Pole fliegen, er wäre dann mal am Nordpol, mal am Südpol und das ist das absolute gegenteil von "Geostationär".
Der Abstand wird durch die GEschwindigkeit festgelegt. genauer gesagt, die Geschwindigkeit mit der der Satellit eine Umlaufbahn einhält, also weder abstürzt noch ins Weltall geschleudert wird hängt vom Abstand zum Mittelpunkt der Erde ab.
Der Abstand ist nicht unbedingt größer als bei anderen Satelliten. Man unterscheidet "LEO", "GEO" und "HEO".
- Low Earth Orbit
- Geostationär
- High Earth Orbit
Der LEO hat einige Vorteile gegenüber dem HEO. Man braucht weniger Treibstoff um den Satelliten in einen LEO zu bringen und der Satellit fliegt pro Tag mehrmals um die Erde, ein Wettersatellit kann sich also die Erde mehrmals pro Tag angucken um Trends im Wetter festzustellen. Außerdem wird das Funksignal weniger geschwächt, die Sendeanlagen um dem Satelliten was zu senden sind einfacher. Satellitentelefone benutzen Satelliten die einen extrem niedrigen Orbit haben so dass man die auch mit einer relativ normalen Antenne und Telefonen die man in der Hand halten kann erreihen kann. Bei Satelitten in höhrer Umlaufbahn sehen die Telefone aus wie in "Alarmstufe Rot", also ein relativ schwerer Koffer mit einer "Regenschirmantenne" als Schüssel. AUch die GPS Satelliten sind besonders erdnahe um mit einfachen Antennen arbeiten zu können. Wären die z.B. GEO, dann müsste man mehrere Schüsseln auf dem Autodach installieren.
Bei GEO braucht man die Sende und Empfangsschüsseln nicht nachführen, daher insbesondere für Fernsehen und feste Nachrichtenverbindungen (Telefonsystem) interessant. Die Idee stammt übrigens vom Science Fiction Author Arthur C. Klark. Der war bei der RADAR Überwachung der Englischen Küste im 2. Weltkrieg im Einsatz und spielte zwschendurch mit der RADAR ANlage, versuchte u.a. den Mond anzupeilen. Durch die SPielereien kam dem die Idee, dass man den Mond als Reflektor für Nachrichtensignale benutzen könnte. Der ist zwar zu weit weg, aber nach einigen Recherchen über Orbitalmechanik kam er dann bald darauf, dass 3 Geostationäre Raumstationen Nachrichten von jedem Punkt der Erde zu jedem anderen Punkt der Erde übertragen können wenn die auch untereinander vernetzt sind.
HEO hat nur zwei Vorteile, da ist extrem viel Platz und die Satelliten fliegen sehr langsam, können ein Gebiet lange kontinuirlich beobachten, mit nur wenigen zusatzsatelliten kann man ein Gebiet leicht rund um die Uhr beobachten. Alte Satelliten werden oft mit dem letzten "Sprit" in einen hohen HEO befördert da das sicherer ist als die abstürzen zu lassen. Da die sehr langsam fliegen brauchen die auch kaum Treibstoff um ihre Position zu halten. Alte Satelliten können viele, viele Jahrzehnte oder viele Jahrhunderte auf der Höhe die man als "Schrottplatz" ausgesucht hat bleiben ohne jemanden zu schaden. Gerade Satelliten mit Atombatterien kann man nicht einfach so abstürzen lassen.
Die Erde dreht sich einmal in 24 Stunden von West nach Ost um sich selbst. Geostationäre Satelliten umkreisen die Erde von West nach Ost einmal in 24 Stunden. Sie laufen genauso schnell um die Erde, wie die Erde sich dreht. Daher scheint es, als ob sie über demselben Punkt der Erde stillstünden.
Der Abstand zur Erde bestimmt darüber, wie lange der Satellit für eine Erdumkreisung braucht. Ein geostationärer Satellit muß daher in dem richtigen Abstand kreisen, bei dem er genau 24 Stunden für einen Umlauf benötigt.
Die Bahn eines geostationären Satelliten muß in der Äquatorebene liegen. Liegt sie dagegen zur Äquatorebene gekippt, dann kann der Satellit nicht über demselben Punkt stehen, sondern er beschreibt am Himmel eine 8-förmige Schleife, weil er abwechselnd nördlich und südlich des Äquators entlangzieht und dabei mal langsamer und mal schneller nach Osten bewegt als die Erde selbst. Er ist dann nicht geostationär, sondern geosynchron, d.h. nicht er selbst aber seine Bahnschleife steht von der Erde aus gesehen am Himmel fest.
Zusätzlicher Hinweis: Die oft vertretene Ansicht, daß bei einem Satelliten Schwerkraft und Fliehkraft einander aufheben, ist falsch. Falsch ist diese Ansicht deshalb, weil der Satellit bei aufgehobener Schwerkraft nicht den geringsten Grund hätte, auf einer Kreisbahn zu bleiben. Wie uns das erste Netwonsche Gesetz bekanntlich sagt, verbleibt ein kräftefreier Körper im Zustand der Ruhe oder der gleichförmigen geradlinigen Bewegung. Der Satellit würde sich auf geradem Wege ins All verabschieden und nie wiederkehren. Nur die Schwerkraft hält ihn auf seiner Kreisbahn. Die falsche Erklärung ist vermutlich deshalb so beliebt, weil sie auf sehr einfache Weise zu erklären scheint, wieso der Satellit nicht herunterfällt, was er ja nach ebenso gängiger Vorstellung eigentlich tun müßte. Diese Vorstellung wiederum ist falsch und richtig zugleich, denn der Satellit müßte nicht nur herunterfallen, sondern er tut es auch. Nur, daß er dabei an der Erde vorbei immer weiterfällt und niemals "unten" ankommt.
Wenn man als bezugssystem das nimmt welches den Ursprung im Erdmittelpunkt hat, dessen z Achse auf der Rotationsachse der Erde liegt und welches sich mit der selben Winkelgeschwindigkeit wie die Erde um die z Achse dreht dann wirkt auf einen geostationären Satellit die zentrifugalkraft radial vom Ursprung weg und die Gravitationskraft zum Ursprung hin. Und diese Kräfte sind gleich. In diesem bezugssystem gibt es ein Kräftegleichgewicht. Betracht man ein inertialsystem dann wird die notwendige zentripetalkraft von der Gravitationskraft aufgebracht.
Hier die scheinbare Bahn (Achterschleife) eines geosynchronen Satelliten, der zu dem geplanten japanischen Navigationssystem QZSS gehört.
Ganz einfach damit sie immer an der selben stelle am Himmel stehen, muss der Orbit relativ groß sein. Also in 24 Stunden dreht der Satellit einmal um die Erde genauso wie auch die Erde selbst sicht dreht. So ist es einfach die Satelitenschüsseln einmal auszurichten und immer Empfang zu haben (z.B. für TV).
Es gibt auch viele Satellieten die sich näher an der Erde befinden und bei denen das Signal eines einzelnen Satelliten nicht ständig gehalten werden muss, weil es sowieso mehrere braucht (z.B.für GPS).
sie befinden sich immer über der selben stelle über dem erdboden, dass sie nicht auf die erde stürzen bzw ins all fliegen liegt an der richtigen geschwindigkeit die genug fliekraft erzeugt um die gravitation genau aufzuwiegen, daraus resultiert die entfernung
immer über dem äquator weil sich der satelit mit der erde mit bewegt würde er nicht über dem äquator sein würde währe es nicht möglich ihn immer über der selben stelle zu halten
Wieso über den Äquator kann ich nicht genau sagen... Aber sie sind weiter weg, weil sie in einem Abstand "schweben" bei denen sich die Schwerkraft und die Fliehkraft aufheben. Daher bleiben sie immer über demselben Punkt.
Die anderen Satelliten sind viel schneller unterwegs, und kreisen um die Erde. Daher haben Sie eine viel größere Fliehkraft, und brauchen daher eine größere Schwerkraft als Gegenkraft um nicht aus der Bahn zu fallen..
Je weniger Abstand umso größer die Schwerkraft. Daher fliegen die um einiges tiefer.