Wie bleibt ein Satellit in seiner
Erdumlaufbahn?
Die Erklärung dafür geht auf Newton zurück.
Er legte in seinem großen Werk Principia (in dem er seine
Gravitationstheorie erläuterte) folgendes dar: Wenn man einen Turm von
hinlänglicher Höhe bauen und dann von oben ein Objekt parallel zum Horizont
schnell genug wegschleudern könnte, würde es die Erde umrunden, und zwar so
lange, bis irgend etwas seinen Lauf unterbräche.
Stell dir vor, du stehst auf einem solchen
Turm. Wirfst du nun einen Stein parallel zum Horizont, so wird er zu Boden
fallen, jedoch auf Grund der Wurfgeschwindigkeit in einiger Entfernung von dem
Turm. Wirfst du einen anderen Stein mit größerer Geschwindigkeit, wird er noch
weiter weg vom Turm landen, und wenn du ein Objekt genau mit acht Kilometern in
der Sekunde werfen könntest, so würde es nie den Erboden erreichen, sondern
eine Kreisbahn um die Erde beschreiben (immer an der Erde vorbei fallen). Die
Gravitation unseres Planeten zieht einen Satelliten unaufhörlich an und lässt
ihn zur Erde fallen, doch infolge seiner hohen Geschwindigkeit parallel zum
Horizont kommt er der Erdoberfläche nicht näher. Vielmehr krümmt sich seine
Bahn zu einem Kreis um den Globus. Gäbe es die Anziehungskraft der Erde nicht,
würde der Satellit einfach geradlinig in den Raum hinausfliegen.
Die Geschwindigkeit, die ein Satellit
benötigt, um auf seiner Umlaufbahn zu bleiben, hängt von seiner Entfernung von
der Erde ab. In Erdnähe muss der Satellit eine Geschwindigkeit von 8 km/Sek.
haben, während er 25.000 km vom Erdmittelpunkt entfernt (d.h. fast 19.000 km
über der Erdoberfläche) mit der halben Geschwindigkeit auskommt. Dem Mond
genügt bei 384.000 km Abstand schon eine Bahngeschwindigkeit von etwa 1 km/Sek.
Je weiter weg sich ein Satellit befindet, desto länger wird er für einen
Umlauf brauchen.
Bei einem Satelliten in geringer Entfernung
von der Erdoberfläche wird eine vollständige Umkreisung etwa 90 Minuten
dauern, beim Mond währt sie 27,3 Tage. Bewegt sich ein Satellit 42.000 km vom
Erdmittelpunkt entfernt auf einer Kreisbahn, so benötigt er für einen
Erdumlauf 24 Stunden - also genau dieselbe Zeit, in der sich die Erde einmal um
ihre Achse dreht. Daher scheint dieser Satellit am Himmel still zu stehen, wenn
wir ihn von der Erde aus betrachten. Diese Distanz benutzt man für
Nachrichtensatelliten.
