为什么卫星不能沿着一条经线飞行呢?

而且即使是沿着纬线飞行,也只有一类轨道就是在赤道上方的的那种……为什么会这样呢?

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12个答案

曹小喵回来了科幻迷,天文爱好者,地质学研究生

2014-05-09 13:53

没错……卫星的确没法沿着经线飞行,也没法沿着除了赤道以外的其他纬线飞行……
这是因为……卫星运行的时候是不需要额外动力的……
在没有额外动力的情况下,卫星的轨道必须在过地球质心的平面上
先说说为什么不能沿着除了赤道以外的其他纬线飞行的原因吧~
之所以这样是因为,万有引力和卫星进行圆周运动所需要的向心力在同一条直线上。
为了便于理解,一下讨论中出现了离心力这个概念。
这张图是在赤道平面上看到情况:

下面那个就是过质心的轨道平面,万有引力和离心力是可以达到合力为0的,这样卫星就可以稳定的运行了。
而上面那个轨道,离心力和万有引力的方向并不一致,他们的合力是永远不可能为0的。所以这样的轨道是不存在的……
那么为什么不存在沿着经线飞行的卫星呢?
这是因为,由于地球在自转,因此经线也在跟着自转。尽管角速度是均匀的,但是线速度就不均匀。所以经线上不同位置的速度是不同的。如果沿着经线飞行,不同纬度的线速度是不同的,因此轨迹并不是球面上的大圆,这一点有些类似于科里奥利力
科里奥利力来自于物体运动所具有的惯性,在旋转体系中进行直线运动的质点,由于惯性的作用,有沿着原有运动方向继续运动的趋势,但是由于体系本身是旋转的,在经历了一段时间的运动之后,体系中质点的位置会有所变化,而它原有的运动趋势的方向,如果以旋转体系的视角去观察,就会发生一定程度的偏离。

【咦?为什么在天上飞的卫星也会跟这个力扯上关系呢?】
【那是因为你非要他沿着地面的经线跑啊!】
为了跟上地面这个旋转的东西,就需要一个力来和科里奥利力抵消。
实际上你每天走路就在和这个力对抗,但是毕竟人的质量和移动速度很低,所以这个效应相当不明显。
这样轨道将变得想到怪异:轨道在空间上不是一个平面,而是一个曲面。所以这个轨道可能会极其复杂。
【可是我就是想看是什么样的嘛!!】
好吧……比较简单的一类轨道是:在经线方向上匀速运动,在纬线方向上跟自转同步。
周期为1天的话相当于一个人用1天时间在地表沿着一条经线匀速绕地球1圈的轨迹
这样的运动在地球上看很正常,周期1天的圆周运动而已~
但是在太空看的话就会有独特的轨迹。周期不同的话会有着不同不同的样式。
下面是轨道曲面和在球面上的样子(注意在这里地球是顺时针转动,实际上不是的):
———【原图有误已经处理啦,大家可以看LePtc的回答,轨迹很全】————
注意:这些轨迹并不是在地面上的投影,而是以地心为原点的固定坐标系看到的轨迹。这些轨迹在地面上的投影实际上就是一经线圈(比如0°180°)。
和倾斜同步轨道不同,这种轨迹能保证过两极,还能跟上自转中的经线。
从北极看是这样的:
注意是顺时针旋转的……
——————【下面的是对的】——————
不同的周期会有不同的轨道,比如说周期为两天的话就是这样的:

这轨道啥卫星才能走啊!!!!

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