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 metterne e mantenerne uno in orbita intorno alla Terra. Basta considerare ciò che gli scienziati devono capire per far sì che questo accada: prima di tutto, c’è la gravità, poi una conoscenza completa della fisica, e naturalmente la natura delle orbite stesse. Quindi, la questione di come i satelliti rimangano in orbita è davvero multidisciplinare e coinvolge un gran numero di conoscenze tecniche e accademiche.
Prima di tutto, 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 rimanga in orbita intorno alla Terra, deve avere abbastanza velocità per ripercorrere il suo percorso. Questo è vero tanto per un satellite naturale quanto per uno artificiale. Dalla scoperta di Keplero, gli scienziati sono stati anche in grado di dedurre che più un satellite è vicino ad 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 gli oggetti in orbita intorno 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, siamo in grado di vedere che la velocità richiesta per l’orbita è uguale alla radice quadrata della distanza dell’oggetto dal centro della Terra per l’accelerazione dovuta alla gravità a quella distanza. Così, se volessimo mettere un satellite in un’orbita circolare a 500 km dalla superficie (quello che gli scienziati chiamerebbero un’orbita terrestre bassa LEO), 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 alla quale viaggerebbe in linea retta), e l’attrazione gravitazionale tra il satellite e il pianeta che orbita. Più alta è l’orbita, meno velocità è richiesta. Più vicina è l’orbita, più veloce deve muoversi per assicurarsi che non ricada sulla Terra.
Abbiamo scritto molti articoli sui satelliti per Universe Today. Qui c’è un articolo sui satelliti artificiali, e qui un articolo sull’orbita geosincrona.
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Oggetti orbitali
Lista dei satelliti in orbita geostazionaria
Abbiamo anche registrato un episodio di Astronomy Cast sullo space shuttle. Ascolta qui, Episodio 127: La navetta spaziale americana.
