In welcher Größenordnung würden sich benachbarte große geostationäre Kommunikationssatelliten sehen?

Stellen Sie sich vor, ich sitze auf einem geostationären Satelliten. Ich kann die Erde vor mir sehen. Es ist etwa so groß wie ein Fußball auf Armeslänge. Links und rechts sehe ich ähnliche Satelliten in den unmittelbar benachbarten Slots. Sie sind 0,1 Grad oder 74 km entfernt. Sie können ihre Form fast erkennen, da ihre Solarzellen eine Spannweite von etwa 25 Metern haben und die menschliche visuelle Auflösung etwa 1 Bogensekunde beträgt. Aber wie hell werden sie erscheinen? [Vielleicht kann ich das herausfinden, indem ich ihre von der Erde aus gesehene Größe nachschlage und das Gesetz des umgekehrten Quadrats anwende? ]

Sie haben vergessen, Ihren Winkel zu den Paneelen zu berücksichtigen. Sie erscheinen möglicherweise nicht so groß, es sei denn, sie stehen senkrecht zu Ihnen (wenn die Sonne beispielsweise im Zenit steht). Ich bin mir nicht sicher, woher Sie die 74-km-Zahl haben, aber vielleicht möchten Sie diese Frage lesen space.stackexchange.com/questions/2515/…
@Antzi "wo hast du hin"? Ein Blick auf eine Liste von Satelliten im geosynchronen Orbit zeigt Ihnen viele Beispiele von Satelliten, die einen nominellen Abstand von ... warten Sie darauf ... jetzt kommt es ... 0,1°, manchmal in Gruppen von 3 und 4 in einer Reihe . Das OP hat wahrscheinlich auch Kenntnisse in der Multiplikation - also zum Beispiel 0,1 °   ( π / 180 )   42164  km entspricht, ja, Sie haben es erraten 74 km. Ihr Kommentar besagt lediglich, dass Sie nicht so viel wissen wie das OP.
@RogerWood Ich mag deine Frage, aber die Antwort müsste sehr breit gefächert sein. Ein Objekt in einem Raum wird von diffusem Licht aus allen Richtungen beleuchtet, aber in GEO kommt fast das gesamte Licht von zwei gut definierten, schmalen Kegeln - der Sonne und, wie Sie betonen, der Erde (als reflektiertes Sonnenlicht). Glänzend polierte Metalloberflächen erscheinen dunkel, bis die Geometrien stimmen, und dann kann plötzlich ein 100-facher Lichtreflex auftreten. Wenn der Satellit weiß mit einer matten Oberfläche lackiert ist, kann er eine konstante Helligkeit haben, aber wenn es hauptsächlich aus glänzendem, poliertem Metall besteht, wird die Helligkeit erheblich variieren.
@ RogerWood Wenn der Satellit mit "kräuseligem", aber glänzendem Material bedeckt ist, ermöglicht der größere Kegelwinkel der Erde (etwa 17 °, wie Sie indirekt darauf hinweisen) mehr Oberflächenfacetten, Licht in Ihre Richtung zu reflektieren als die viel kleineren Kegelwinkel der Sonne. Wenn Sie beide umkreisen, wird es Zeiten geben, in denen Sie sich zwischen dem Satelliten und der Sonne befinden, und die Sonnenkollektoren - die oft gedreht werden, um ihre normale Ausrichtung auf die Sonne beizubehalten - werden plötzlich viel heller erscheinen - ein Aufflackern. Sie sollten also auf eine Antwort vorbereitet sein, die eine große Bandbreite an Werten enthält.
@uhoh Satelliten (sogar GEO) befinden sich nicht in einer 1D-Ebene.
@Antzi gehen Sie und überprüfen Sie tatsächlich, wie nahe die derzeit aktiven geostationären Satelliten einer einzelnen Ebene sind - Sie werden überrascht sein - die meisten davon sind koplanar bis viel näher als 70 km. Wenn Sie eine Frage stellen, werde ich auch die Handlung und das Python-Skript posten!
Tippfehler: Das hätte "1 Bogenminute" und nicht "1 Bogensekunde" sein sollen. mein Fehler. Eine Bogenminute ist 1 mm bei 21,6 Metern. Eine Bogensekunde ist 1 mm bei 1,3 km.

Antworten (2)

Hier ist eine zutiefst vereinfachte Methode, um ein Gefühl dafür zu bekommen, wie hell ein sonnenbeschienenes Objekt in 74 km Entfernung im Weltraum erscheinen könnte. Ihre Laufleistung kann je nach Details der Satellitenform und -materialien sowie der Geometrie des Sonne-Satelliten-Beobachter-Winkels um ein oder zwei Größenordnungen variieren.

In diesem Modell 0. Ordnung wird die Beleuchtung durch Earthshine ignoriert, kann aber später hinzugefügt werden. Dafür wird es einfachere Ausdrücke geben, sicherlich zum Beispiel aus Radartexten.

Annahmen:

  • Der beobachtete Satellit ist eine sphärische Kuh mit einem Radius R C Ö w von 2 Metern. Im Folgenden als CowSat bekannt.
  • CowSat ist ein Holstein , dessen Fläche zu 70 % als vereinfachter diffuser Reflektor fungiert – 50 % des auf die weiße Fläche auftreffenden Lichts wird halbisotrop reflektiert 2 π sr.
  • Die Geometrie ist optimal für Kuhbrillanz. Sie befinden sich zwischen CowSat und der Sonne, sodass CowSat vollständig beleuchtet ist.
  • Die visuelle Helligkeit der Sonne beträgt -27
  • Sie sind schlau und schauen daher niemals direkt in die Sonne, um Ihre Nachtsicht zu behalten. Dadurch haben Ihre Pupillen einen Radius ( R P u P ich l ) von 0,003 Metern. Das fällt am Ende sowieso aus.
  • Sie sind 150 Millionen Kilometer oder 1,5E+11 Meter ( R S u N E A R T H ) von der Sonne.
  • In dieser Entfernung nimmt Ihre Pupille auf ( π R P u P ich l 2 ) / ( 4 π R S u N E A R T H 2 ) oder 1.0E-28 der Sonnenausgabe.
  • In gleicher Entfernung empfängt CowSat ( π R C Ö w S A T 2 ) / ( 4 π R S u N E A R T H 2 ) oder 4,4E-23 der Sonnenleistung und reflektiert 0,7*0,5 davon (oder 1,6E-23) hinein 2 π sr.
  • Auf Distanz R S A T S e P von 74.000 Metern nimmt Ihr Schüler wahr ( π R P u P ich l 2 ) / ( 2 π R S A T S e P 2 ) oder 8.2E-16 des reflektierten Lichts von CowSat.

Direkt zum Schüler: 1.0E-28 sunsZum Schüler reflektiert: 1,6E-23 * 8,2E-16 =1.3E-38 suns

CowSat/Sun = 1,3E-10 oder 24,7 Magnituden Dimmer.

-27 + 24,7 = -2,3 Größenordnung. CowSat wird sicherlich sichtbar sein und könnte sehr hell sein - wie auf der Venus von der Erde aus gesehen hell. In Wirklichkeit wird es ziemlich unterschiedlich sein, aber im Allgemeinen sind geostationäre Satelliten nebenan, die ein oder zwei Zehntel Grad voneinander entfernt sind, leicht füreinander sichtbar – sogar mit einer Handykamera, einen erheblichen Bruchteil der Zeit, als die Basis Geometrie ist günstig (betrachteter Satellit ist frontal oder zumindest seitlich von der Sonne beleuchtet, wie vom Betrachtersatelliten gesehen).

Um die Dinge ins rechte Licht zu rücken: Selbst eine einfache grüne LED mit 100-mA-Linse in 18 Kilometern Entfernung scheint immer noch so hell zu sein wie ein Stern der Größe 0 !

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

oben: CowSat, ohne Frage, herausragend auf seinem Gebiet. Von hier .

Ein früher CowSat-Prototyp: youtu.be/YV0LGMGuLN0
Ich bin enttäuscht, dass Sie μ nicht in Ihre Gleichungen eingearbeitet haben.
@OrganicMarble Ich musste länger als ein paar Sekunden mit dem Wiederkäuen aufhören, um Ihren Kommentar zu verstehen. es ist eutervollkommen und ganz weidentypische Cleverness.

danke @uhoh. Früher habe ich Jersey-Milchkühe gehalten (eher braun als schwarz und weiß, aber die Albedo ist wahrscheinlich ähnlich), also liebe ich einfach den Ansatz der kugelförmigen Kuh auf der Rückseite des Umschlags und habe mit meinen britischen Wurzeln sicherlich eine Beziehung zur Monte Python Verknüpfung. Ich habe diese Informationen über geostationäre Satelliten auf http://www.satobs.org/geosats.html gefunden : "Typically the satellite will be in the mag. +11 to +14 range". Die Korrektur der quadratischen Helligkeit mit der Entfernung ist

2.5 l Ö G 10 ( ( R G E Ö / R N N ) 2 ) ≈ 14

wobei der geosynchrone Radius und die Entfernung der Satelliten zum nächsten Nachbarn R G E Ö Und R N N sind 42164 bzw. 74 Kilometer. Dies würde den Helligkeitsbereich zwischen 0 und -3 Magnitude bringen, in sehr guter Übereinstimmung mit CowSat.

Die Größenordnung würde wie fallen

2.5 l Ö G 10 ( ( 2   R G E Ö   S ich N ( N   θ / 2 ) 2   R G E Ö   S ich N ( θ / 2 ) ) 2 ) ≈ 5 l Ö G 10 ( S ich N ( N   θ / 2 ) S ich N ( θ / 2 ) ) ≈ 5 l Ö G 10 ( N )

für die näheren Satelliten. Die Helligkeit (Magnitude) fällt also ziemlich langsam ab, zB 0, 1,5, 2,3, 3, 3,5, 3,9, 4,2, 4,5, 4,8, ... also, im dicht besiedelten Teil der Umlaufbahn, einige davon sei sichtbar.

Alle diese Satelliten erscheinen dem Beobachter als in einer geraden Linie, aber interessanterweise erscheinen sie alle im gleichen Abstand, was ich nicht erwartet hatte. Dies entsteht dadurch, dass die Kreissehne überall auf dem Umfang den gleichen Winkel einschließt. Oder umgekehrt sieht ein Beobachter, der auf den Umfang fixiert ist, eine Sehne einer bestimmten Länge (74 km), die denselben Sehwinkel (0,05 Grad) gegenüberstellt, wo immer die Sehne auf dem Kreis platziert ist. Jemand, der auf einem dieser Satelliten sitzt und sich umschaut, würde seine Nachbarn sofort erkennen, nicht nur, weil sie sich nicht wie der Rest der Sterne alle 24 Stunden drehen, sondern auch wegen des seltsamen linearen Musters mit gleichen Abständen und monoton abnehmender Helligkeit.

Wow, ich bin ein wenig überrascht, dass die Vereinbarung so nah ist, aber andererseits würde ich mich ärgern, wenn es nicht zumindest in der richtigen Größenordnung wäre. Für den schmalen Lichtkegel der Sonne sind die Details der Oberflächenstruktur (kräuselig, glänzend, diffus) sehr wichtig, und ich war mir nicht ganz sicher, wie diese Satelliten im entfalteten Zustand tatsächlich aussehen. Ich habe den Verdacht, dass es innerhalb der "Konstellation" helle Regionen geben würde, in denen die Seiten der kastenförmigen Satelliten in Bezug auf die Sonne in der Nähe der Spiegelgeometrie liegen würden, und ebenso für die Sonnenkollektoren.
Die Seitennormalen aller Satelliten würden wahrscheinlich parallel und senkrecht zu den Satelliten-Erde-Vektoren bleiben, und die Panel-Normalen bleiben parallel zu den Satelliten-Sonne-Vektoren. Das könnte wirklich schön werden! Sogar ein kleines Raspberry Pi-Kameramodul mit einem Fischaugenobjektiv würde ausreichen, um es aufzuzeichnen, obwohl ich sicher bin, dass das Hinzufügen eines zu einem GEO-Satelliten nicht so einfach wäre, wie es sich anhört ... Strahlung, Temperatur, Filterung von UV / IR zu Reduzierung von Bildsensorschäden und natürlich Protest von allen, die mit der Zuverlässigkeit von Raumfahrzeugen zu tun haben.
Diese Antwort von @BrianOttum (einer meiner Favoriten hier) ist etwas verwandt.
Ich habe Ihre Antwort bearbeitet, um die Implementierung von MathJax durch Stackexchange für Ihre Gleichungen zu nutzen. Hier ist ein wirklich hilfreiches Tutorial, das ich immer benutze, wenn ich mich nicht erinnern kann, wie man etwas macht: meta.math.stackexchange.com/q/5020/284619
Unter der Annahme, dass die Sonnenkollektoren genau senkrecht zur Sonne gehalten werden, befinden sich die Reflexionen der Sonnenkollektoren zu den Frühlings- und Herbstäquinoktien in derselben Äquatorialebene wie die Satelliten selbst. Für etwa 12 Stunden der Umlaufbahn sollten Sie also in der Lage sein, direkt von der Sonne wegzublicken und starke Spiegelreflexionen von anderen Satelliten auf der anderen Seite der Umlaufbahn zu sehen. Vielleicht gibt es einige geostationäre Spionagesatelliten mit Kameras / Teleskopen, die sich drehen und die Aussicht genießen können.
Ich habe eine Vermutung, dass es welche gibt – tatsächlich wäre ich überrascht, wenn es keine gäbe.
Ich bin mir ziemlich sicher, dass es nicht ganz so gut aussehen wird :) i.stack.imgur.com/AHNJi.jpg (von hier: esa.int/spaceinimages/Images/2012/11/… )
Hah, ja, jemand hat eine sehr überaktive Vorstellungskraft. Aber es vermittelt sicherlich die Idee, dass die Clarke-Umlaufbahn ein geschäftiger Ort und eine begrenzte Ressource ist. Schöner Fund.
In welcher Größenordnung würden sich benachbarte große geostationäre Kommunikationssatelliten sehen?
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