#科普微故事#地球同步卫星为啥只能对准赤道？（第44期）

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“爷爷，虎子哥说，地球同步卫星只能对准赤道。”豆豆:“他说得对不？为啥呢？”
爷爷:“你虎子哥是说对的。因为，人造地球星的轨道平面必须经过地心。通俗讲，就它围绕地面公转‘画’出的那个圈的平面，一定得过地心。”
豆豆:“为什么呢？”
爷爷:“因为，火箭把人造卫星送入轨道后，火箭脱离人造卫星，而卫星通常是没有发动机的，那它为什么还能围绕地球公转呢？原因是速度，合适的速度（≥7.6公里/秒，而＜11.2公里/秒）所提供的离心率，与地心引力给它提供向心力，互相作用，使之围绕地球公转。地心是它绕地旋转的质心，所以，人造地球卫星的轨道平面，必须经过地心。无论卫星处于赤道轨道、极地轨道、倾斜轨道，轨道平面都必须经过地心。”
豆豆:“轨道都经过地心吗？”
“啊？啊！不对！”爷爷:“是‘轨道平面’经过地心，就是公转时走出的那个‘圆圈’所在的平面，必须经过地心。如果是‘轨道经过地心’，岂不是卫星和地球相撞了？而且，还得撞穿地球不是？”
豆豆:“爷爷，那地球同步轨道卫星，为啥只能对准赤道？”
爷爷:“如果人造地球卫星的轨道平面，与地球赤道平面，处于同一平面，那它所处轨道，叫做‘赤道轨道’(倾角0度或180度)，卫星在赤道上方运行；如果人造地球卫星的轨道平面，与地球赤道平面垂直，它所处轨道，叫做‘极地轨道’(倾角90度)，卫星会经过南、北极点；如果人造地球卫星的轨道平面，与地球赤道平面既不外于同一平面，又不构成垂直，那所处的轨道叫做‘倾斜轨道’(倾角不为0度、180度和90度中的任何一种)。地球同步卫星的轨道，属于哪一种呢？”
豆豆:“赤道轨道？”
“对！”爷爷: “地球同步卫星的轨道，属于赤道轨道，并且高度高度只能是36000公里（约36000公里）的赤道轨道卫星。它是一种公转周期与地球自转周期相同，公转方向与地球自转方向相同 ，公转周期与地球自转周期相同（约23小时56分4秒），和地球处于互相静止关系的赤道轨道卫星。”
豆豆边思考边自语:“所有的人造卫星的轨道平面，都必须过地心，所以地球同步卫星，不能处于对准地球赤道以外的任何区域而实现它的公转周期与地球自转周期同步，因为这样，轨道的平面将不能经过地心？”
爷爷:“任何人造地球卫星的轨道平面必须过地心，轨道绝对不可以是类似‘天使光环’的存在，轨道平面，也绝对不可以是，不过地心的任何的平面。”“因为，人造地球同步卫星，它的公转周期必须与地球自转周期一致，轨道倾角必须是0度（既：公转方向与地球自转方向相同），所以，它的轨道平面，必须与地球赤道平面处于同一平面，所以它的轨道，必须对准赤道；并且，它的轨道高度必须也是特有的，大约36000公里，否则它的公转周期就不能与地球的自转周期保持一致。”
“哦？”豆豆“人造地球同步卫星的轨道高度，为啥是36000公里呢？”
……