เรื่องหลายเรื่องที่เรารู้กันแล้ว แต่ก็มีอีกหลายเรื่องที่เรายังไม่รู้ และก็มีไม่ใช่น้อยที่เราไม่เคยสนใจจะรู้ ผมมันเป็นประเภทที่ อะไรที่ชาวบ้านช่องเขารู้ ผมไม่รู้ อะไรที่ชาวบ้านชาวช่องเขาไม่สนใจจะรู้ ผมละชอบนักเชียว!

ตอนแรกแรกนี้จะนำเสนอด้วยเรื่องนี้ครับ
.........................................

การโคจรของดาวเทียม

ในวันที่ 4 ตุลาคม ค.ศ.1957 จรวดโซเวียตได้ยิงวัตถุทรงกลมทำด้วยโลหะ คือดาวเทียมที่ชื่อว่า สปุตนิก 1 (Sputink 1) ขึ้นสู่อวกาศ สปุตนิก 1 ไม่ได้ตกลงสู่พื้นโลก และไม่ได้มุ่งหน้าสู่อวกาศ แต่สปุตนิก 1 โคจรเหนือพื้นโลกในระยะเพียง 200 – 300 กิโลเมตร อีก 3 เดือนต่อมา สปุตนิก 1 ก็ไหม้

ดาวเทียม ดูคล้ายจะท้าทายกฎแรงโน้มถ่วงของโลก แต่แท้จริงแล้ว ดาวเทียมกำลังตกลงสู่พื้นโลกตลอดเวลา เหมือนการหล่นของผลแอ็ปเปิ้ลที่เซอร์ ไอแซก นิวตัน สังเกตเห็น ซึ่งทำให้เขาค้นพบกฎของแรงโน้มถ่วง แต่ดาวเทียมเคลื่อนที่เร็วกว่าผลแอ็ปเปิ้ลมาก คือประมาณ 30,000 กม./ชม. รวมทั้งยังหล่นจากที่สูงกว่ามาก ดังนั้น ขณะดาวเทียมกำลังตกลงสู่พื้นโลก ผิวหน้าของโลกก็จะโค้งห่างจากดาวเทียม ดังนั้น ดาวเทียมจึงไม่มีวันเข้าใกล้โลกได้มากกว่าเดิมเลย

ลองจินตนาการดูว่า เราอยู่บนยอดเขาสูงเหนือพื้นโลก 160 กม. ถ้าเราเอาผลแอ็ปเปิ้ลขึ้นไปด้วยแล้วปล่อยทิ้งลงมา ผลแอ็ปเปิ้ลก็จะตกลงมาในแนวดิ่ง คราวนี้เรารองสมมติว่า เราขว้างผลแอ็ปเปิ้ลไปที่ขอบฟ้า ผลก็จะตก แต่จะตกเป็นแนวโค้ง ถ้าผลแอ็ปเปิ้ลถูกเหวี่ยงอย่างแรงจนเคลื่อนที่ด้วยความเร็วที่มากพอ ขณะที่มันตก แนวโค้งของทิศทางการตกของผลแอ็ปเปิ้ลจะรับกับแนวโค้งของผิวหน้าของโลก แม้ว่าผลแอ็ปเปิ้ลจะตกอยู่ตลอดเวลา แต่ข้างใต้ก็มีผิวหน้าของโลกที่โค้งหนีออกด้วยอัตราความเร็วที่เท่ากัน ผลก็คือ แอ็ปเปิ้ลจะไม่เข้าใกล้กับผิวโลกได้มากกว่านั้น นี่คือ การโคจรของผลแอ็ปเปิ้ล

เมื่อจรวดยิงดาวเทียมนั้น จรวดต้องส่งดาวเทียมขึ้นด้วยความเร็วในแนวราบมากพอที่จะทำให้วิถีการตกของดาวเทียมพลาดจากโลกตลอดเวลา ด้วยการเลือกผสมผสานอย่างเหมาะสมระหว่างแรงดันขึ้นเบื้องบนและแรงดันในแนวระนาบ ผู้ควบคุมภารกิจนี้จะจัดให้ดาวเทียมเข้าสู่วงโคจรขนาดใดก็ได้ หรือรูปลักษณะใดก็ได้ตั้งแต่วงกลมจนถึงวงรี (รูปไข่) ยิ่งแรงดันมากขึ้นเท่าไหร่ วงโคจรก็จะยิ่งใหญ่มากขึ้นเท่านั้น ยิ่งแรงดันในแนวระนาบมากเท่าไหร่ วิถีวงโคจรก็จะเป็นวงรีมากขึ้นเท่านั้น

การส่งดาวเทียมเข้าสู่วงโคจรรูปรีนั้น เขาต้องส่งดาวเทียมด้วยกำลังแรงพอต้านทานแรงดึงดูดของโลก ดังนั้น ดาวเทียมจะเคลื่อนออกไปจากความโค้งของโลก แต่แรงโน้มถ่วงโลกก็พยายามดึงดาวเทียมลง และตกกลังมายังพื้นโลก แรงโมเมนตัมด้านข้างของดาวเทียมทำให้ดาวเทียมไม่กระทบโลก แต่ขณะที่ตก ดาวเทียมก็เพิ่มความเร็วขึ้นอีก ผลก็คือ ขณะที่ดาวเทียมโคจรครบ 1 รอบ มันก็จะเคลื่อนด้วยความเร็วมากพอที่จะต้านแรงดึงดูดของโลกได้อีกครั้ง และเริ่มโคจรเป็นรูปวงรีรอบที่สองต่อไป

ดาวเทียมเพื่อการสื่อสารเกือบทั้งหมดที่ถ่ายถอดสัญญาณโทรทัศน์ และโทรศัพท์ มักจะโคจรเป็นรูปกลม สูง 35,800 กม. เหนือเส้นศูนย์สูตรของโลก ดาวเทียมที่อยู่ในวงโคจรเช่นนี้จะหมุนรอบโลกด้วยความเร็วเท่ากับการหมุนของโลก ดังนั้น ดาวเทียมจะอยู่เหนือผิวโลกในจุดเดิมเสมอ

บริษัทสื่อสารต่าง ๆ นิยมดาวเทียมชนิดโคจรด้วยความเร็วที่สามารถอยู่ ณ จุดเดิมเหนือพื้นโลกได้ (Geostationry satellite) เพราะสามารถใช้จานสายอากาศเพื่อส่งและรับสัญญาณได้สะดวกกว่าการติดตามเฝ้าดาวเทียมชนิดเคลื่อนที่

แม้ว่าดาวเทียมที่โคจรอยู่จะอยู่ในอวกาศได้ตลอดไป แต่บ่อยครั้งก็มิได้เป็นเช่นนั้น เพราะหากดาวเทียมเกิดมาอยู่ภายในระยะหลายร้อยกิโลเมตรจากผิวโลก บรรยากาศที่มีอยู่ในความสูงนั้นจะทำให้เกิดแรงเสียดทานภายในดาวเทียม หรือ “แรงต้าน” ผลที่สุด แรงเสียดทานดังกล่าวจะทำให้ดาวเทียมเคลื่อนที่ช้าลง จนกระทั่งตกลงมาในชั้นบรรยากาศและลุกไหม้ไปในที่สุด

.......................................

เราทุกคนรู้ดีว่า ดาวเทียมโคจรรอบโลก แต่จะมีกี่คนรู้ว่ามันมีหลักการอย่างไร นี่คือความจริงที่อยากนำเสนอให้เพื่อน ๆ รู้ไว้ประดับสมองกันครับ

....................................

อ้างอิงจาก หนังสือ "รู้รอบ ตอบได้" ของสำนักพิมพ์ รีดเดอร์ ไดเจส