Ein künstlicher Satellit ist ein Wunderwerk der Technik und des Ingenieurwesens. Das Einzige, was mit dieser technischen Meisterleistung vergleichbar ist, ist das wissenschaftliche Know-how, das erforderlich ist, um einen Satelliten in eine Umlaufbahn um die Erde zu bringen und dort zu halten. Man bedenke nur, was Wissenschaftler alles verstehen müssen, um dies zu bewerkstelligen: zunächst einmal die Schwerkraft, dann umfassende Kenntnisse der Physik und natürlich die Natur der Umlaufbahnen selbst. Die Frage, wie Satelliten in der Umlaufbahn bleiben, ist also eine multidisziplinäre Frage, die ein großes Maß an technischem und akademischem Wissen erfordert.
Um zu verstehen, wie ein Satellit die Erde umkreist, ist es zunächst wichtig zu verstehen, was eine Umlaufbahn bedeutet. Johann Kepler war der erste, der die mathematische Form der Planetenbahnen genau beschrieben hat. Während man annahm, dass die Bahnen der Planeten um die Sonne und des Mondes um die Erde vollkommen kreisförmig seien, stieß Kepler auf das Konzept der elliptischen Bahnen. Damit ein Objekt auf seiner Umlaufbahn um die Erde bleiben kann, muss es über eine ausreichende Geschwindigkeit verfügen, um seine Bahn zurücklegen zu können. Dies gilt sowohl für einen natürlichen als auch für einen künstlichen Satelliten. Aus Keplers Entdeckung konnten die Wissenschaftler auch ableiten, dass die Anziehungskraft umso stärker ist, je näher sich ein Satellit an einem Objekt befindet, so dass er sich schneller bewegen muss, um seine Umlaufbahn beizubehalten.
Als Nächstes kommt das Verständnis der Schwerkraft selbst. Alle Objekte besitzen ein Gravitationsfeld, aber nur bei besonders großen Objekten (z. B. Planeten) ist diese Kraft spürbar. Im Fall der Erde wird die Anziehungskraft mit 9,8 m/s2 berechnet. Dies ist jedoch ein Sonderfall an der Oberfläche des Planeten. Bei der Berechnung von Objekten, die sich in einer Umlaufbahn um die Erde befinden, gilt die Formel v=(GM/R)1/2, wobei v die Geschwindigkeit des Satelliten, G die Gravitationskonstante, M die Masse des Planeten und R der Abstand vom Erdmittelpunkt ist. Anhand dieser Formel können wir erkennen, dass die für eine Umlaufbahn erforderliche Geschwindigkeit gleich der Quadratwurzel aus der Entfernung des Objekts zum Erdmittelpunkt mal der Erdbeschleunigung in dieser Entfernung ist. Wenn wir also einen Satelliten in eine kreisförmige Umlaufbahn in 500 km Höhe über der Erdoberfläche bringen wollten (was Wissenschaftler als Low Earth Orbit LEO bezeichnen würden), bräuchte er eine Geschwindigkeit von ((6,67 x 10-11 * 6,0 x 1024)/(6900000))1/2 oder 7615,77 m/s. Je größer die Höhe, desto weniger Geschwindigkeit ist erforderlich, um die Umlaufbahn aufrechtzuerhalten.
Die Fähigkeit eines Satelliten, seine Umlaufbahn aufrechtzuerhalten, hängt also von einem Gleichgewicht zwischen zwei Faktoren ab: seiner Geschwindigkeit (oder der Geschwindigkeit, mit der er sich in einer geraden Linie bewegen würde) und der Anziehungskraft zwischen dem Satelliten und dem Planeten, den er umkreist. Je höher die Umlaufbahn ist, desto weniger Geschwindigkeit ist erforderlich. Je näher die Umlaufbahn ist, desto schneller muss er sich bewegen, damit er nicht auf die Erde zurückfällt.
Wir haben für Universe Today viele Artikel über Satelliten geschrieben. Hier ist ein Artikel über künstliche Satelliten, und hier ist ein Artikel über geosynchrone Umlaufbahnen.
Wenn Sie mehr über Satelliten wissen möchten, lesen Sie diese Artikel:
Orbitale Objekte
Liste der Satelliten in geostationärer Umlaufbahn
Wir haben auch eine Folge von Astronomy Cast über das Space Shuttle aufgenommen. Hören Sie hier, Episode 127: Das US Space Shuttle.
