Warum brauchen künstliche Satelliten eine Bahnkorrektur, natürliche aber nicht?

Die Instabilität in den Umlaufbahnen unserer künstlichen Satelliten hat einige grundlegende Ursachen:

1. Luftwiderstand und Sonnenwindeffekte
2. Die Erde ist keine perfekt gleichmäßige Kugel, sondern leicht klumpig, was bedeutet, dass ihr Gravitationsfeld nicht gleichmäßig ist
3. Andere massive Objekte im Sonnensystem stören ihre Umlaufbahnen durch ihre Schwerkraft

Betrachten wir sie also einzeln.

Erstens ist der atmosphärische Widerstandseffekt für Satelliten in erdnahen Umlaufbahnen erheblich, aber der Mond ist etwa 1000-mal weiter entfernt als LEO, und der relative Effekt des atmosphärischen Widerstands ist bei größeren Objekten geringer, sodass dies für den Mond völlig vernachlässigbar ist. In ähnlicher Weise wirkt sich der Sonnenwind auf große Objekte weniger aus als auf kleine.

Zweitens wird die gravitative Unregelmäßigkeit auch mit der Entfernung weniger signifikant; In der Entfernung zum Mond verhält sich die Schwerkraft der Erde sehr ähnlich wie ein perfekter "Massenpunkt".

Drittens sind Störungen aus anderen Quellen ein Faktor, aber die Planeten und ihre natürlichen Satelliten hatten Milliarden von Jahren Zeit, um sich in Positionen einzupendeln, die gegenseitig stabil sind; die Planeten sind weit genug voneinander entfernt, um nur geringfügig zu interferieren, und die Monde sind weit genug von ihren Vorwahlen und voneinander entfernt, um ein wenig Störung über astronomische Zeitskalen hinweg zu akzeptieren.

Im Grunde müssen künstliche Satelliten in einer niedrigen Erdumlaufbahn korrigiert werden, weil sie leicht "herumgeworfen" werden und so wenig Spielraum für Fehler haben - wenn ihre Höhe um 50 km abnimmt, gehen sie verloren, während 50 km Variation in der Umlaufbahn des Mondes dies tun würden keine signifikanten Auswirkungen auf die Erde oder den Mond haben.

Künstliche Satelliten im Geosynch-Orbit müssen korrigiert werden, weil wir wollen, dass sie sich in sehr spezifischen Umlaufbahnen befinden (dh über bestimmten Positionen auf der Erde), was wiederum für natürliche Satelliten kein Problem darstellt – es spielt für niemanden eine Rolle, wohin sie genau fliegen (mit der möglichen Ausnahme von interplanetaren Missionsplanern).

Das meiste davon gilt auch für die anderen natürlichen Satelliten, obwohl unser Mond ein bisschen ein Ausreißer ist – er ist viel größer als die meisten anderen und er ist der einzige massive Körper, der die Erde umkreist.

Die einzelnen Körper, aus denen die Ringe der äußeren Planeten bestehen, ändern ständig ihre Umlaufbahnen aufgrund von Kollisionen und Störungen durch die Monde dieser Planeten. Die Ringsysteme insgesamt scheinen durch die Mondpositionen stabilisiert zu sein.

Im Wesentlichen ist dies ein Ergebnis der Beobachtungsverzerrung. Ein natürlicher Satellit umkreist einen Muttersatelliten nur deshalb über längere Zeiträume , weil die Umlaufbahn, in der er sich befindet, stabil ist ^† .

Die einfache Wahrheit der Sache ist, dass wir einfach Satelliten in instabile Umlaufbahnen injizieren. Wenn Sie natürliche Satelliten in die gleichen Umlaufbahnen bringen würden, wären sie auch instabil.

Nehmen wir zum Beispiel den Mond :

Gravitationsanomalien, die die Umlaufbahnen einiger Lunar Orbiters leicht verzerrten, führten zur Entdeckung von Massenkonzentrationen (sogenannte Mascons) unter der Mondoberfläche, die vor einiger Zeit in der Vergangenheit durch große einschlagende Körper verursacht wurden. Diese Anomalien sind signifikant genug, um eine Mondumlaufbahn im Laufe mehrerer Tage erheblich zu verändern.

Aus der Mondumlaufbahn .

Was dies bedeutet, ist, dass es aufgrund seines klumpigen Gravitationsfelds keine (oder genauer gesagt, sehr wenige) stabile Umlaufbahnen um den Mond gibt. Warum sehen wir keine natürlichen Satelliten, die den Mond umkreisen? Weil sie aufgrund der instabilen Umlaufbahn zerfallen wären!

Ein weiteres Beispiel, Asteroid 3753 Cruithne .

3753 Cruithne ist ein Aten-Asteroid im Orbit um die Sonne in 1:1-Orbitalresonanz mit der Erde, was ihn zu einem koorbitalen Objekt macht. Es ist ein kleiner Planet in einer Sonnenumlaufbahn, der relativ zur Erde in einer bohnenförmigen Umlaufbahn umkreist, die letztendlich effektiv ein Hufeisen beschreibt, und die in eine Quasi-Satellitenumlaufbahn übergehen kann.

Auch seine Umlaufbahn ist instabil. Auf der Zeitskala von Millionen von Jahren wird es auch seine derzeitige Anordnung verlassen:

Nach vielen Jahren wird die Erde so weit zurückgefallen sein, dass Cruithne die Erde dann tatsächlich von „hinten“ „einholt“. Wenn es schließlich aufholt, wird Cruithne eine Reihe von jährlichen Annäherungen an die Erde machen und orbitale Energie mit der Erde durch Gravitation austauschen; Dadurch ändert sich die Umlaufbahn von Cruithne um etwas mehr als eine halbe Million Kilometer - während die Umlaufbahn der Erde um etwa 1,3 Zentimeter (0,51 Zoll) verändert wird -, so dass ihre Umlaufdauer um die Sonne dann etwas mehr als ein Jahr beträgt.

Aber es gibt sogar natürliche Beispiele für instabile Umlaufbahnen auf menschlichen Zeitskalen. Siehe 2006 RH ₁₂₀

2006 RH120 ist ein winziger erdnaher Asteroid mit einem Durchmesser von etwa 2–3 Metern, der normalerweise die Sonne umkreist, sich aber etwa alle zwanzig Jahre dem Erde-Mond-System nahe nähert, wenn er durch vorübergehende Satellitenaufnahmen vorübergehend in die Erdumlaufbahn eintreten kann (TSC). Zuletzt befand es sich von September 2006 bis Juni 2007 in der Erdumlaufbahn.

Aber wir können auch künstliche Satelliten in stabile Umlaufbahnen injizieren. Jetzt, wo Dawn Ceres umkreist, wird sie dort viele hundert Jahre bleiben. Sie könnten das auf menschlichen Zeitskalen leicht als stabil betrachten.

Zusammenfassend ist es Umlaufbahnen egal, ob die beteiligten Körper künstlich oder natürlich sind. Sie werden wahrscheinlich nur natürliche Satelliten in stabilen Umlaufbahnen finden, da die chaotische Natur von Umlaufbahnen über geologische Zeitskalen stattfindet.

^{†Aus physikalischer Sicht ist keine Umlaufbahn jemals stabil. Gezeiteneffekte und Gravitationseinflüsse bedeuten, dass die meisten Umlaufbahnen, die wir auf menschlicher Zeitskala als stabil betrachten, auf geologischen Zeitskalen instabil sind. Darüber hinaus führt die Gravitationsstrahlung zu einem Zerfall der Umlaufbahn in einer Zeitspanne, die länger ist als die Größenordnung des Universums. Alle Umlaufbahnen sind lediglich eine menschliche Annäherung an ein instabiles, chaotisches System.}

Die allgemeinste Antwort lautet: Das Sonnensystem ist 4,6 Milliarden Jahre alt, alles, was „schnell“ passiert, ist sehr lange her. Zum Beispiel wird angenommen , dass im frühen Sonnensystem die Umlaufbahnen von Neptun und Uranus vertauscht wurden, wobei Neptun weiter innen war als Uranus, aber das sanfte Ziehen von Jupiter und Saturn sie schließlich in ihre aktuellen Umlaufbahnen drängte.

Ich würde viel darum geben zu wissen, wie nahe sie an einem Punkt einer Kollision gekommen sein müssen.

Wie Andrew Thompson betonte, befinden sich von Menschenhand geschaffene Objekte auf Umlaufbahnen, auf denen sich wahrscheinlich kein natürlicher Körper befindet, da es in niedrigeren Umlaufbahnen zu großen Interferenzen in der Umlaufbahn kommt. Wir haben sie dort platziert, weil wir sie dort am meisten nutzen.

Ein Erdbeobachtungssatellit muss so nah wie möglich an der Erde sein, um brauchbare Bilder zu machen. Wir können es nicht woanders hinstellen, nur weil es auf unbestimmte Zeit oben bleiben würde.

Auch kümmert sich die Natur nicht um eine bestimmte Bahnanordnung, wohingegen beispielsweise Fernsehsatelliten nur auf einer eng definierten geostationären Umlaufbahn arbeiten. Also müssen wir sicherstellen, dass sie dort bleiben. Ein Objekt in eine beliebige Umlaufbahn zu bringen ist nicht so schwierig, wie es in eine bestimmte Umlaufbahn zu bringen und sicherzustellen, dass es dort bleibt. Es gibt ausgediente künstliche Objekte wie alte Sonden und Apollo-Oberstufen, die im Sonnensystem herumtreiben und möglicherweise noch Milliarden von Jahren herumfliegen.

Die kurze Antwort ist, dass sie KEINE Korrektur benötigen, um im Orbit zu bleiben. Aber wie Russell, Rikki, Ross und andere betonten, müssen sie für den „stationären“ Teil einer „stationären geosynchronen Umlaufbahn“ korrigiert werden, weil sie dort bleiben müssen, wo unsere Erdschüsseln hinzeigen. Korrigieren sie kleine Fehler, benötigen sie nur wenig Energie (Treibstoff). Wenn sie driften dürfen, erfordert die Korrektur mehr Kraftstoff, möglicherweise eine Beschleunigung, um zur richtigen Position zurückzukehren, und eine Verzögerung, um dort zu bleiben und nicht zu überschießen. Daher die Notwendigkeit für winzige, aber häufige Korrekturen für geostationäre Satelliten.

Es gibt hier eine darwinistische Nuance, auch wenn das keine Frage der Biologie ist. Wenn etwas möglicherweise Milliarden von Jahren stabiler Umlaufbahn "überlebt" hat, ist es nicht eines von vielen Dingen, die entweder auf die Erde gefallen oder verschwunden sind. Wenn die Frage lautet: "Warum bleiben künstliche und natürliche Satelliten im Orbit", lautet die Antwort, dass künstliche Satelliten in Bewegung bleiben, weil sie zu einem sehr geringen Grad "aufgestützt" sind, und existierende natürliche Satelliten sind eine winzige Minderheit von Satelliten, die das tun beharrlich in Umlaufbahnen verblieben sind (im Gegensatz zu einer schweigenden Mehrheit , das heißt toter Ansammlung von unermesslich mehr Teilchen, die entweder auf die Erde gefallen sind oder der Erdumlaufbahn entkommen sind).

Wichtig ist, dass künstliche Satelliten eine Funktion haben, die oft erfordert, dass sich der Satellit in einer bestimmten Umlaufbahn befindet. Es in dieser Umlaufbahn zu halten, erfordert eine Korrektur. Bei vielen künstlichen Satelliten wird, sobald sie ausfallen, der Treibstoff ausgeht oder sie nicht mehr nützlich sind, die Positionserhaltung eingestellt. Wenn sie hoch genug sind, bleiben sie gut im Orbit, aber nicht in einem bestimmten.

Russell hat eine sehr gute Antwort auf die Quellen der Umlaufbahnstörung gegeben, aber in dieser Frage bin ich mit Rikki!

Der Hauptgrund dafür, dass "Himmelskörper" keine Umlaufbahnkorrektur benötigen, ist, dass wir keine Möglichkeit haben, ihre Umlaufbahnen zu korrigieren!

Der Mond umkreist die Erde schon lange und wird es noch eine Weile sein!

Ich weiß, dass dies nicht die wissenschaftliche Antwort ist, nach der Sie gesucht haben, oder diese Antwort kann sogar einige negative Punkte erhalten, aber glauben Sie mir, wenn wir Jupitermonde oder sogar unseren Mond bewegen könnten, hätten wir eine wissenschaftliche Notwendigkeit dafür gefunden!