Почему геосинхронные спутники колеблются в направлении север-юг? Как проследить их путь по поверхности земли?

Давайте сначала посмотрим на типичную орбиту для сравнения. Обратите внимание, что объект, находящийся на орбите, может находиться где угодно.

Обратите внимание, что он проводит время как выше, так и ниже экватора. Несколько вещей о геосинхронной орбите:

• Наклон меняется со временем, хотя это не так важно для повседневных операций.
• Период составляет 24 часа, но геостационарный спутник либо не имеет идеальной окружности, либо наклонен под углом 0.

Показанная вами орбита представляет собой эллиптическую наклонную геостационарную орбиту . Эта форма на самом деле называется аналеммой . На самом деле, на изображении, которое вы предоставили, Солнце делает что-то похожее на то, что эти космические корабли будут делать ежедневно.

Наклон отвечает за движение вверх и вниз. Боковая часть в первую очередь связана с эксцентриситетом, хотя наклонная орбита будет демонстрировать небольшие изменения из-за изменения относительной скорости по сравнению с поверхностью Земли, чем выше она поднимается. Космический корабль движется быстрее, когда приближается к Земле, и, таким образом, будет несколько опережать Землю. Когда он дальше, он движется медленнее, возвращаясь в другом направлении.

Я предлагаю построить 3D-модель, чтобы понять это.

Начните с красивого диска, например бумажной тарелки или картонной упаковки от замороженной пиццы. Отметьте центр и нарисуйте равномерно расположенные радиальные линии («срезы») на лицевой стороне тарелки. Пронумеруйте линии по краю и продублируйте метки дальше внутрь.

Отрежьте от тарелки кольцо шириной около 1 сантиметра. Если можете, оставьте крошечный кусочек неразрезанным на противоположных сторонах, чтобы кольцо все еще было прикреплено в 2 точках и могло поворачиваться в этом месте.

Наклоните кольцо примерно на 60 градусов от тарелки. Разница в дрейфе больше, если угол наклона большой, но выравнивание и прицеливание могут быть проще, если не так сильно.

Вырежьте крошечные выемки в кольце и оставшейся пластине, и тогда тонкая нить сможет удерживать хитрое приспособление на месте, чтобы оно не качалось.

Теперь для каждой отмеченной линии на тарелке посмотрите, где она теперь визуально совпадает с наклонным кольцом. Вам нужен прямой угол: возьмите небольшой кусок дерева или картонной коробки и приклейте к одной грани большой картонный треугольник. Теперь вы можете выровнять нижнюю часть треугольника с линией на основной пластине и знать, что он стоит перпендикулярно поверхности пластины.

Теперь посмотрите, где треугольник касается оторванного кольца. Каждая отметка на плоской пластине представляет собой линию обзора, когда Земля вращается. Соответствующая отметка на арке показывает, где в это время находится спутник. Итак, посмотрите на высоту , чтобы увидеть, как кажется, что спутник поднимается в небо, и посмотрите, как его положение будет слева или справа от линии обзора: это движение из стороны в сторону, которое вы видите.

Там, где арка встречается с плоской пластиной, вы можете аппроксимировать ее в двух измерениях горизонтальной линейкой и диагональной линейкой. Та же длина по диагональной линейке не будет доходить так далеко по горизонтали (на восток), поэтому восходящий спутник отстает от вращающейся Земли.

В верхней части арки, в самой высокой точке неба, спутник снова находится прямо над головой. Установочная часть является зеркальным отражением. Итак, вы видите, как он поднимается и дрейфует сначала влево, затем обратно вправо, пока не достигнет наивысшей точки, продолжает двигаться вправо по мере захода, затем снова возвращается влево, чтобы зайти в исходное положение. Ниже горизонта он делает то же самое в перевернутом виде.

Если смотреть не с экватора (поднимите пластину внутри модели арки), то два лепестка будут асимметричными.

См. Википедию для Аналеммы Геосинхронных Спутников .

Показанная вами цифра 8 (взятая отсюда и объясненная на этой странице) связана, но отличается. Положение солнца в одно и то же гражданское время каждый день будет меняться, потому что ось наклонена, а эксцентрическая орбита движется быстрее, когда ближе к солнцу, и медленнее, когда дальше, хотя Земля вращается с постоянной скоростью. Таким образом, вы получаете дуги, которые движутся с севера на юг в зависимости от времени года, а солнце находится раньше или позже вдоль дуги в зависимости от времени года.