А все-таки она вертится

Мы познакомились с тремя основными характеристиками кругового движения - периодом обращения, скоростью и радиусом орбиты. Пользуясь этими определениями, попробуйте ответить на следующий вопрос:

можно ли запустить искусственный спутник Земли так, чтобы он все время висел над вашей головой?

Разумеется, при этом мы предполагаем, что Земля имеет центральное поле тяготения, влияние всякого рода возмущений отсутствует и что спутник может быть выведен на круговую орбиту.

Скоропалительный ответ может быть таким: невозможно, поскольку спутник обязательно движется, а не стоит на месте, а поэтому он рано или поздно скроется из наших глаз, уйдя за горизонт. Что ж, в этом доля правды есть: спутник действительно беспрерывно движется и наличие определенной скорости есть первопричина его существования. Но это не все. В поставленном вопросе есть такие слова "...висел над вашей головой". Значит, вы находитесь на Земле и вместе с нею совершаете вращение вокруг ее оси, хотя, по вашему представлению, вы находитесь в покое. Но космические масштабы заставляют мыслить иными, не "земными" категориями. Вспомним Галилея и его знаменитые слова: "А все-таки она вертится!" Об этом забывать нельзя. Однако, не учитывая именно это обстоятельство, и дан отрицательный ответ.

При решении задачи мы сталкиваемся с новыми, пространственными характеристиками кругового движения, которые вносят новые качественные результаты по сравнению с орбитальными характеристиками, такими, как скорость, высота, период. Новое здесь состоит в том, что орбита космического аппарата рассматривается уже не изолированно, а в связи с ее положением относительно планеты. Б свою очередь планета, например, Земля, также не считается абсолютно неподвижным телом; она вращается вокруг собственной оси и, увлекая за собой спутник, совершает полет вокруг Солнца. Все это, разумеется, усложняет пространственное представление орбитального движения спутника, и это не случайно заставило астрономов и баллистиков подобрать наиболее удобную форму для его геометрического описания. Но об этом мы будем говорить несколько позже. Сейчас же вернемся к отысканию ответа на поставленный вопрос.

Кроме указанных ранее допущений о центральности поля Земли, будем исходить из следующих трех предпосылок:

- Земля вращается с постоянной угловой скоростью;

- плоскость орбиты спутника проходит через геометрический центр Земли;

- период обращения спутника зависит от радиуса орбиты.

Предположим теперь, что мы стоим где-то на экваторе Земли. Тогда, вращаясь вместе с Землей, мы будем совершать своеобразный полет вокруг центра Земли, совершая один виток за одни сутки и находясь от центра Земли на расстоянии 6371 км. Отсюда следует, что если запустить спутник так, чтобы плоскость его орбиты совпала с плоскостью экватора Земли и период обращения сделать равным также одним суткам, то он "повиснет" над нами и будет находиться над головой. В действительности спутник, конечно, не находится в покое, а в полном соответствии с круговым движением совершает полет вокруг центра Земли. Но одновременно в ту же сторону и с той же угловой скоростью вращается вокруг центра Земли и та точка, где вы стоите. Отсюда и создается ложное представление о неподвижности спутника; фактически же мы имеем дело с относительным покоем. Такого рода орбита спутников в технической литературе называется стационарной или синхронной. Не вдаваясь подробно в существо дела, укажем лишь, что использование спутников, запущенных на синхронные орбиты, имеет большие перспективы для осуществления радиосвязи между удаленными пунктами на Земле.

На этом простом примере мы хотели показать только некоторые частные особенности движения спутника относительно вращающейся Земли. И они со всей очевидностью свидетельствуют, что, по крайней мере, в некоторых случаях характер движения спутника можно определить не только по радиусу его орбиты или скорости полета, но и с помощью других способов, на первый взгляд довольно странных. Один из таких способов основывается на установленных закономерностях пространственного изменения положения спутника относительно расположенного на Земле наблюдателя. В чем он состоит, вы узнаете из дальнейшего повествования.