☄ 天文

卫星挂在天上不掉下来,它靠的是什么秘密?

看完这篇你会知道,卫星不掉落的秘密其实是"一直在掉但掉不到地面",速度和重力之间有个绝妙的平衡

你有没有想过,卫星在几百公里的高空飞了几十年,既没有翅膀,也没有发动机一直喷火,它为什么就是不掉下来?说出来你可能不信——卫星其实一直在"掉",只不过它掉得太漂亮了,反而永远落不到地面。

卫星为什么不会掉下来?

咱们先做个思想实验。你站在一座超级高的山顶上,用力把一块石头水平扔出去。扔得慢,石头飞出几米就落地了;扔得快一点,能飞出几十米;如果你力气大到离谱,石头飞得足够快,地球表面是弯的,石头往下掉的速度,刚好跟地球"弯走"的速度一样快——石头永远追不上地面,就这样一直绕着地球转。卫星干的就是这件事。它被火箭送上高空后,以每秒大约7.9公里的速度横着飞,这个速度快到一个程度:它往下掉,地面却弯着躲开它,它就这样一圈一圈绕下去,永远落不到地上。这个速度有个名字叫"第一宇宙速度",记住这个概念就够了。

那空气阻力不会让它慢下来吗?

这是个好问题!在地面上,你骑车松手就会慢下来,因为空气一直在"顶着"你。卫星飞的高度,一般是距地面200公里到500公里,那里的空气稀薄得几乎等于没有,就算有一点点,也只有地面的千亿分之一。所以空气阻力小到可以忽略不计,卫星就像在真空里滑冰,几乎没有摩擦,自然停不下来。

当然,"几乎"不等于"完全没有"。真正运行在低轨道的卫星,比如国际空间站,长期下来还是会被那一丢丢稀薄空气拖慢,轨道会慢慢降低。所以空间站每隔一段时间就得点一下发动机,给自己"踢一脚",把轨道推回去。这叫"轨道维持",就像自行车骑着骑着没力气了,得再踩几下。

卫星到底是怎么被送上去的?

卫星自己飞不上去,全靠火箭"背"上去。火箭的任务分两步:第一步,垂直往上飞,冲破浓密的大气层;第二步,调转方向横着加速,把卫星甩到目标轨道上。当卫星达到那个"绕圈速度",火箭就功成身退,卫星靠惯性继续飞,不再需要任何推力。整个过程就像你把一个铁球用绳子甩起来——只要速度够,铁球就一直转,不会掉;你要是放手(火箭脱离),铁球照样转,因为它已经有足够的"劲"了。

下次你仰头看夜空,发现一个小亮点匀速划过,不闪烁、不转弯,那大概率就是一颗卫星——它正在用每秒近8公里的速度优雅地"掉着",只不过永远掉不到你头上。你有没有想过,如果地球是一块平地而不是球体,卫星还能飞吗?