فيديو السؤال: التعرف على المدار المتزامن أرضيًّا الفيزياء • الصف الأول الثانوي

نسخة الفيديو النصية

ما خط العرض أو خط الطول الذي يدور حوله قمر صناعي متزامن أرضيًّا؟ (أ) مدار السرطان، (ب) مدار الجدي، (ج) خط الاستواء، (د) خط الطول الرئيسي، (هـ) خط طول 60 درجة.

دعونا نبدأ برسم شكل لكل خيار؛ حيث سيوضح الأرض وكل مسار مداري محتمل. قبل أن نتناول تفاصيل المدار المتزامن أرضيًّا، يمكننا تقليل عدد خيارات الإجابة المحتملة بمجرد التفكير في بعض الخواص الأساسية لأي مدار. لعلنا نتذكر أن الجاذبية هي قوة جاذبة تبقي أي نظام مداري مستقرًّا، وهي تؤثر على امتداد الخط المستقيم الواصل بين مراكز كتل الأجسام. يمكننا أن نرسم شكلًا لتصور ذلك بشكل أفضل. تخيل أن هذه هي الأرض، وأن هذا قمر صناعي يدور حول الأرض. لكي يحافظ القمر الصناعي على حركته في مدار دائري بسرعة ثابتة، يجب أن تكون هناك قوة تسحب القمر الصناعي باتجاه مركز المدار باستمرار. هذه القوة هي الجاذبية، ونحن نعرف أنها تجذب القمر الصناعي مباشرة نحو مركز كتلة الأرض.

والآن، دعونا نلق نظرة على الخيارين (أ) و(ب). هذان الخياران يشيران إلى مدارين يستقران فوق خطي عرض 23.5 درجة شمالًا، و23.5 درجة جنوبًا، على الترتيب. وفي الواقع، من المستحيل أن يبقى أي من هذين المدارين ثابتًا بشكل طبيعي. تذكر أنه بسبب الجاذبية، لا بد أن يتوافق مركز مدار القمر الصناعي مع مركز كتلة الأرض. لذلك، لكي يكون الخيار (أ) أحد خيارات الإجابة المحتملة، يجب أن يكون مركز كتلة الأرض هنا بالأعلى، أي أقرب إلى القطب الشمالي عن القطب الجنوبي. وبالمثل، يشير الخيار (ب) إلى أن مركز كتلة الأرض أقرب إلى القطب الجنوبي عن القطب الشمالي. لذا، فإن كلًّا من الخيارين خطأ. في الحقيقة، يحاذي مركز كتلة الأرض مركز الكوكب، وبذلك يكون هو نفسه مركز المسار المداري الدائري للقمر الصناعي.

الخياران (أ) و(ب) غير صحيحين، لكن الخيارات المتبقية تتوافق مع هذه الملاحظة. في الخيارات (ج) و(د) و(هـ) تظهر مدارات متمركزة حول مركز الأرض. وهذه المدارات الثلاثة ممكنة فعليًّا. لكن هل هي متزامنة أرضيًّا؟ تذكر أن القمر الصناعي المتزامن أرضيًّا يبقى مستقرًّا في نقطة ثابتة فوق سطح الأرض. ولفعل ذلك، فإنه يتم دورة كاملة في مداره خلال الفترة الزمنية نفسها التي تستغرقها الأرض لإتمام دورة كاملة. تذكر أن محور دوران الأرض يمتد من القطب الشمالي إلى القطب الجنوبي، وأن الأرض تدور من الغرب إلى الشرق. بالنظر إلى الخيار (ج)، نجد أنه ما دام القمر الصناعي يتحرك من الغرب إلى الشرق أيضًا، يمكن أن يتزامن مداره مع دوران الكوكب بحيث يبدو القمر الصناعي ثابتًا بالنسبة إلى راصد على سطح الأرض.

يبدو أن الخيار (ج) صحيح. لكن ماذا عن الخيارين (د) و(هـ)؟ يعد كل من هذين المدارين قطبيًّا؛ وذلك لأنهما يمران مباشرة فوق القطب الشمالي والقطب الجنوبي. الفرق الوحيد بينهما هو أنه في الخيار (د) يمر القمر الصناعي أيضًا عبر خط الطول الرئيسي، والمعروف بخط طول صفر درجة، والمدار الموضح في الخيار (هـ) يمر فوق خط طول 60 درجة. في كلتا الحالتين، سيكون اتجاه حركة القمر الصناعي عموديًّا على اتجاه دوران الأرض. ومن ثم، لن يهم إذا ما كانت الأقمار الصناعية لها فترة مدارية تساوي 24 ساعة؛ لأنها ستكون في حالة حركة دائمًا بالنسبة إلى سطح الأرض.

وبجانب ذلك، ستتغير خطوط العرض للأقمار الصناعية دائمًا، ومن ثم لا يمكن أن تكون متزامنة أرضيًّا. وبذلك، سنستبعد الخيارين (د) و(هـ). إذن، الخيار (ج) هو خيار الإجابة الصحيح، وبذلك نكون قد عرفنا السبب وراء دوران الأقمار الصناعية المتزامنة أرضيًّا فوق خط الاستواء.