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Un satellite artificiale è una meraviglia della tecnologia e dell'ingegneria. L'unica cosa paragonabile all'impresa in termini tecnologici è il know-how scientifico che serve a mettere e mantenere uno in orbita attorno alla Terra. Considera solo ciò che gli scienziati devono capire per far sì che ciò accada: prima c'è la gravità, poi una conoscenza completa della fisica e, naturalmente, la natura delle orbite stesse. Quindi, in realtà, la domanda su come i satelliti rimangono in orbita è multidisciplinare che coinvolge una grande conoscenza tecnica e accademica.
Innanzitutto, per capire come un satellite orbita intorno alla Terra, è importante capire cosa comporta l'orbita. Johann Kepler fu il primo a descrivere accuratamente la forma matematica delle orbite dei pianeti. Mentre si pensava che le orbite dei pianeti intorno al Sole e della Luna intorno alla Terra fossero perfettamente circolari, Keplero si imbatté nel concetto di orbite ellittiche. Affinché un oggetto possa rimanere in orbita attorno alla Terra, deve avere una velocità sufficiente per ripercorrere il suo percorso. Questo è vero per un satellite naturale come lo è per uno artificiale. Dalla scoperta di Keplero, gli scienziati sono stati anche in grado di dedurre che più un satellite è vicino a un oggetto, più forte è la forza di attrazione, quindi deve viaggiare più velocemente per mantenere l'orbita.
Poi viene la comprensione della gravità stessa. Tutti gli oggetti possiedono un campo gravitazionale, ma è solo nel caso di oggetti particolarmente grandi (cioè i pianeti) che questa forza si fa sentire. Nel caso della Terra, l'attrazione gravitazionale è calcolata a 9,8 m/s2. Tuttavia, questo è un caso specifico sulla superficie del pianeta. Quando si calcolano oggetti in orbita attorno alla Terra, si applica la formula v=(GM/R)1/2, dove v è la velocità del satellite, G è la costante gravitazionale, M è la massa del pianeta e R è la distanza dal centro della Terra. Basandoci su questa formula, possiamo vedere che la velocità richiesta per l'orbita è uguale alla radice quadrata della distanza dall'oggetto al centro della Terra per l'accelerazione di gravità a quella distanza. Quindi, se volessimo mettere un satellite in un'orbita circolare a 500 km sopra la superficie (ciò che gli scienziati chiamerebbero un LEO in orbita terrestre bassa), avrebbe bisogno di una velocità di ((6,67 x 10-11 * 6,0 x 1024)/( 6900000))1/2 o 7615,77 m/s. Maggiore è l'altitudine, minore è la velocità necessaria per mantenere l'orbita.
Quindi, in realtà, la capacità di un satellite di mantenere la sua orbita si riduce a un equilibrio tra due fattori: la sua velocità (o la velocità con cui viaggerebbe in linea retta) e l'attrazione gravitazionale tra il satellite e il pianeta su cui orbita. Maggiore è l'orbita, minore è la velocità richiesta. Più vicina è l'orbita, più velocemente deve muoversi per assicurarsi che non ricada sulla Terra.
Abbiamo scritto molti articoli sui satelliti per Universe Today. Ecco un articolo su satelliti artificiali , ed ecco un articolo sull'orbita geosincrona.
Se desideri maggiori informazioni sui satelliti, dai un'occhiata a questi articoli:
Oggetti orbitali
Elenco dei satelliti in orbita geostazionaria
Abbiamo anche registrato un episodio di Astronomy Cast sulla navetta spaziale. Ascolta qui, Episodio 127: Lo Space Shuttle americano .
Fonti:
http://en.wikipedia.org/wiki/ Satellite
http://science.howstuffworks.com/satellite6.htm
http://www.bu.edu/satellite/classroom/lesson05-2.html
http://library.thinkquest.org/C007258/Keep_Orbit.htm#