جمعه, ۱۰ فروردین, ۱۴۰۳ / 29 March, 2024
مجله ویستا

چشم هایی که از آسمان ما را می پاید


چشم هایی که از آسمان ما را می پاید
بشر از گذشته های دور در آرزوی پرواز بوده است. پرواز موجب نگرش جدیدی در طرز تلقی بشر از زندگی شد. انسانی که خود را محصور در خاک و آب می دید، با پرواز توانست خود را در گستره یی جدید و وسیع تر ببیند؛ دیگر کره زمین مسطح نبود. دیگر همه باور داشتند که زمین کروی شکل است و به دور خود و ستاره بزرگی به نام خورشید در گردش است. به تازگی پنجاهمین سالگرد پرتاب نخستین شیء ساخت بشر که به فضای خارج از زمین ارسال شده بود، از پیش رویمان گذشت. چهارم ژانویه ۱۹۵۸ نخستین ماهواره که به مدار زمین ارسال شده بود، پس از پایان ماموریت سه ماهه اش به زمین سقوط کرد. به همین مناسبت نگاهی داریم به تاریخچه ماهواره و شیوه و عملکرد آن.
پیش از آنکه در دهه ۱۹۵۰ بشر وارد فضای بیرون از زمین شود، انسان برای دستیابی به اطلاعات مختلف از دنیای اطراف خود به شیوه های گوناگونی متوسل می شد که برای ما هم اکنون بسیار ابتدایی به نظر می رسد. روزگاری انسان ها از بالای کوه ها و تپه ها و مناطق مرتفع اوضاع را زیر نظر داشتند. برج ها و باروها مکان هایی بودند که در آن نگهبانان، منطقه حکومت های خود را زیر نظر داشتند. صدها سال بعد بالن اولین شیء ساخت دست بشر بود که توانست انسان را به آسمان ببرد. گفته می شود ناپلئون برای اولین بار از بالن برای کسب اطلاعات از موقعیت نیروهای دشمن برای ارتش خود استفاده کرد.
چند سال پس از اختراع هواپیما توسط برادران رایت، در جنگ جهانی اول برای نخستین بار از هواپیما برای بمباران مواضع دشمن و همچنین کسب اطلاع از موقعیت نیروهای دشمن استفاده شد. اما حدود ۴۰ سال پس از پایان جنگ جهانی اول بشر توانست نخستین شیء دست ساز خود را به مدار زمین ارسال کند. ماهواره شیء دست ساز بشر است که همچون یک ماه در مدار زمین در گردش است.
ظاهراً نخستین اشاره به ماهواره در ادبیات، نوشته یی از «ادوارد اورت هیل» است. او در سال ۱۸۶۹ در داستانی به نام «ماه آجری» از ماهواره یی حامل انسان نام می برد که به دور زمین می گردد. «ژول ورن» نیز در داستان «میلیون های بگم» در سال ۱۸۷۹ از گلوله توپی نام می برد که به طور ناخواسته در مدار زمین به گردش در آمده است. «کنستانتین تسیولکوفسکی» نیز در رساله خود به نام «اکتشاف فضای کیهانی با وسایل عکس العملی» در میان انبوهی از اندیشه های نو در مورد فضانوردی، از ماهواره نیز نام می برد. در سال ۱۹۴۵ «آرتور سی کلارک» نویسنده داستان های علمی- تخیلی، برای اولین بار پیشنهاد کرد که ماهواره های ارتباطی برای تامین ارتباط در سراسر زمین در مدار ژئوسنکرون زمین قرار گیرند. به همین خاطر «کلارک» را پدر ماهواره می نامند، زیرا او برای اولین بار به صورت علمی نظریه ساخت ماهواره را بیان کرد.
سرانجام در چهارم اکتبر ۱۹۵۷ نخستین شیء ساخت دست بشر با نام اسپوتنیک۱ به فضا پرتاب شد. اسپوتنیک۱ حاصل تحقیقاتی بود که دانشمندان علوم فضایی شوروی از سال ۱۹۵۵ آغاز کرده بودند. اولین شیء ساخت بشر توسط یک موشک به مدار زمین پرتاب شد. اسپوتنیک در هر ۹۶ دقیقه یک دور کامل به دور زمین می چرخید و اطلاعات به دست آمده را به صورت سیگنال های رادیویی به زمین ارسال می کرد. اولین قمر مصنوعی بشر به اندازه یک توپ بسکتبال و وزن آن حدود ۸۳ کیلوگرم بود. اسپوتنیک ۱ دارای دو فرستنده رادیویی در طول موج های ۲۰ و ۴۰ مگاهرتز بود و در مداری بیضوی در ارتفاع متوسط ۲۵۰ کیلومتر به مدت ۹۸ دقیقه به دور کره زمین چرخید. سه هفته پس از ورود این ماهواره به مدار زمین، باتری های شیمیایی آن تخلیه شدند و ماهواره از کار افتاد. اسپوتنیک در مداری بیضوی با ارتفاع اوج ۹۳۹ کیلومتر، حضیض ۲۱۵ کیلومتر و زاویه مًیل۱/۶۵ درجه، چرخش خود را به دور زمین آغاز کرد ولی به دلیل اثرات جو زمین روزبه روز از ارتفاع مداری آن کاسته می شد تا اینکه در چهارم ژانویه ۱۹۵۸ یعنی سه ماه بعد از پرتاب، به زمین سقوط کرد.
دو سال بعد اتحاد جماهیر شوروی توانست دومین ماهواره مصنوعی را با نام اسپوتنیک ۲ به فضا پرتاب کند. این بار سگی به نام لایکا میهمان این ماهواره کوچک بود که البته ظاهراً در همان دقایق نخست پرواز به علت فشار بسیار زیاد حاصل از خروج از جو زمین مرده بود. اسپوتنیک ۲ که وزنش برابر یک فولکس واگن بود بیش از پنج ماه در مدار زمین می چرخید.
با ورود بشر به عصر فضا انسان توانست اطلاعات بسیاری را از سیاره خود به دست آورد. «آرتور سی کلارک» که برای نخستین بار رویای ماهواره را در داستان هایش آورده بود، هم اینک شاهد ساخت نخستین ماهواره هایی بود که توسط شوروی به مدار زمین ارسال می شدند. ماهواره ها می توانستند اطلاعات نظامی، کشاورزی، طبیعی و جغرافیایی بسیاری از کشورهای مختلف را به دست آورند.
ماهواره شیئی است دست ساز بشر که همچون پرنده یی به دور مدار زمین، سیارات و اجرام منظومه خورشیدی در چرخش است. اندازه ماهواره ها معمولاً بین یک تا پنج متر است. از دهه ۱۹۷۰ دانشمندان به کمک کامپیوتر و نانوتکنولوژی تجهیزات پیشرفته یی را برای ماهواره ها اختراع و در آنها نصب کرده اند که بر موارد کاربری ماهواره ها افزوده است. ماهواره ها به دو بخش کلی تقسیم می شوند؛
۱) بار مفید (محموله)
۲) سکو (جایگاه).
ماهواره ها دارای تجهیزاتی همچون سیستم برق، مخزن سوخت، کامپیوتر، سیستم تامین انرژی، دوربین و آینه خورشیدی هستند. پس از ساخت ماهواره، آنها را توسط یک ماهواره بر، موشک یا حتی شاتل فضایی به فضا پرتاب می کنند تا در مدار معین خود بر حول محور زمین قرار بگیرند. ماهواره برها به شکل موشک های چندمرحله یی با سوزاندن سوخت شیمیایی، انرژی لازم برای بردن ماهواره به مدار زمین را فراهم می کنند. پس از قرار گرفتن ماهواره در ارتفاع مورد نظر، یک سامانه پیشران موشکی دیگر به کار می افتد و ماهواره را در مدار موردنظر قرار می دهد. از جمله ماهواره برهای معروفی که هم اکنون چند سالی است سازمان فضایی اروپا برای ارسال ماهواره به مدار زمین از آن استفاده می کند، موشک آریان ۵ ساخت فرانسه است.
ماهواره به طور مداوم در حال حرکت در مداری حول زمین است. بخشی از پژوهش های علمی و تخصصی که توسط ماهواره ها انجام می شود، هرگز نمی تواند روی کره زمین جنبه عملی به خود گیرد. امروزه ماهواره ها تنها برای کسب اطلاعات از کره خاکی ما کاربرد ندارند؛ هم اکنون چندین ماهواره پیشرفته علمی تحقیقاتی هستند که بر گرد خورشید و اجرام منظومه خورشیدی در حرکتند و اطلاعات خود را از آن اجرام به مراکز مدیریت ماهواره خود در زمین ارسال می کنند.
ماهواره ها از لحاظ ماموریت خود به گونه های مختلفی تقسیم می شوند؛
۱) هواشناسی
۲) ارتباطات رادیویی و مخابراتی
۳) ردیابی
۴) تحقیقاتی علمی
۵) نظامی و جاسوسی.
ماهواره هایی که حول محور مدار زمین در گردشند در ارتفاع های متفاوتی از زمین قرار دارند. کمترین ارتفاع ماهواره ها از زمین حدود ۲۰۰ کیلومتر و بیشترین آن حدود ۳۶ هزار کیلومتر است. لازم به ذکر است که یک ماهواره تنها زمانی می تواند در مدار خود باقی بماند که شتاب ماهواره با نیروی گرانش جرمی (به طور مثال زمین) که به دور آن می چرخد، تناسب و تعادل داشته و تحت تاثیر آن باشد. در صورتی که شتاب ماهواره بیشتر از گرانش زمین باشد، ماهواره در مسیری مستقیم از زمین دور می شود و بالعکس اگر شتاب ماهواره کمتر باشد به سمت زمین کشیده شده و برخواهد گشت.
پس از اتمام عمر ماموریت ماهواره، آنها معمولاً در نقاط خاصی از جمله اقیانوس ها سقوط می کنند. البته پیش از سقوط هنگام برخورد با مولکول های خارجی ترین لایه اتمسفر سرعت ماهواره کم می شود. در این زمان نیروی گرانش، ماهواره را به سمت لایه های داخلی اتمسفر می کشاند و هوایی که جلوی ماهواره قرار می گیرد، در یک لحظه آنقدر فشرده و داغ می شود که بخش اعظم آن می سوزد و باقی مانده احتمالی آن در نقاط از پیش تعیین شده یی که اکثراً در اقیانوس ها و دریاهای آزاد است، سقوط می کند.
مدار ماهواره هایی که به دور زمین در چرخشند به سه ارتفاع کلی نسبت به زمین تقسیم می شوند؛
۱) ارتفاع کوتاه
برای پرتاب این ماهواره ها به فضا، از انرژی کمتری نسبت به ماهواره های ارتفاع بالا استفاده می شود. مکان این ماهواره ها در ارتفاعی بین ۲۰۰ تا ۸۰۰ کیلومتر بر فراز جو زمین قرار دارند. در اینجا هوایی وجود ندارد تا باعث تماس و اصطکاک شود. به دلیل نزدیکی فاصله این نوع ماهواره ها از سطح زمین، سرعت حرکت این ماهواره ها خیلی بیشتر از سرعت دوران زمین به دور خود است. گاهی سرعت این نوع ماهواره ها به ۲۷۳۵۹ کیلومتر در ساعت نیز می رسد. با این سرعت، این نوع از ماهواره ها می توانند در هر ۹۰ دقیقه، یک دور کامل پیرامون زمین بگردند. تلسکوپ هابل که از رده ماهواره های مطالعاتی و علمی و مخصوص برنامه های نجومی است در مدار ماهواره های ارتفاع کوتاه قرار دارد (۶۱۰ کیلومتری زمین) و دوره گردش آن ۹۷ دقیقه است. ایستگاه های زمینی این قابلیت را دارند که در طول شبانه روز ۱۲ بار با ماهواره های ارتفاع کوتاه ارتباط برقرار کنند. در این موارد جریان تبادل اطلاعات تا زمانی که ماهواره از فراز ایستگاه زمینی عبور می کند، ادامه دارد که معمولاً حدود ۱۰ تا ۱۲ دقیقه است.
۲) ارتفاع متوسط
این ارتفاع در حدود ۲۰ هزار کیلومتری زمین است و دوره گردش ماهواره های این رده
۱۲ ساعته است. این ارتفاع خارج از اتمسفر زمین است. ماهواره های ردیاب غالباً در این ارتفاع قرار دارند.
۳) ارتفاع بلند، زمین ثابت
مدار ارتفاع بلند یا مدار کلارک بر فراز استوا و در ارتفاع ۳۵۹۰۰ کیلومتری زمین قرار دارد. برای پرتاب این ماهواره ها از انرژی بسیار زیادی استفاده می شود. این ماهواره ها حول محور عمودی زمین با سرعت و جهت برابر حرکت می کنند، به همین دلیل هنگام رصد این ماهواره ها، همواره آنها به صورت جرم نورانی در یک نقطه ثابت به نظر می رسند و به دلیل همین ثبات دارای سایه یی ثابت (معروف به جای پا) بر زمین هستند. ماهواره های ارتفاع بلند در ارتباط دائم و همیشگی با زمین قرار دارند.
لازم به ذکر است که اکثر ماهواره های مخابراتی در مدار زمین ثابت قرار گرفته اند. از آنجا که این ماهواره ها هیچ پوششی روی قطب های شمال و جنوب ندارند، برای پوشش قطب ها از ماهواره های مدار قطبی استفاده می شود. در واقع این نوع از ماهواره ها شمالی ترین و جنوبی ترین قسمت نیمکره ها را پوشش می دهند.
هم اکنون بیش از دو سال است که ما ایرانیان نیز دارای یک ماهواره اختصاصی مربوط به خود در فضا هستیم. ماهواره «سینا-۱» (ZS۴) که با مشارکت شرکت های روسی ساخته شد، نخستین ماهواره ایرانی است که روز پنجشنبه ۲۷ اکتبر سال ۲۰۰۵ (۵ آبان ۱۳۸۴) به همراه یک ماهواره آموزشی روسیه و شش مینی ماهواره خارجی دیگر به وسیله یک فروند موشک حامل Kosmos-۳M از پایگاه فضایی Plisetsk روسیه به فضا پرتاب شد و در ۶ آبان در مدار موردنظر قرار گرفت. این ماهواره کاربرد مطالعاتی دارد و برای کاربردهایی مانند نقشه برداری، هواشناسی و کشاورزی و مواردی دیگر استفاده می شود.
اما اگر علاقه مند هستید که اقمار مصنوعی زمین را در آسمان مشاهده کنید، اندکی از شهرهای بزرگ دور شوید تا در زیر آسمان زیبای شب بتوانید ماهواره های بسیاری را رصد کنید. ایستگاه فضایی بین المللی (ISS) و ماهواره های ایریدیوم (مخابراتی) درخشان ترین اجرام ساخت بشر هستند که در مدار زمین قرار دارند. در سایت www.heavens-above.com اطلاعات مداری و زمانی ماهواره های غیرنظامی و همچنین وضعیت آب و هوای مناطق مختلف جهان قرار دارد. با وارد کردن شهر محل سکونت خود در این سایت می توانید از زمان و مسیر حرکت ماهواره مورد نظر خود در طول سال مطلع شوید و آن را با چشم و در مواردی با ابزار رصدی رویت کنید.
شراگیم امینی
منبع : روزنامه اعتماد


همچنین مشاهده کنید