Svar:
En
geostationär satellit är en
satellit som rör sig i en cirkulär omloppsbana i jordens ekvatorialplan, på ett sådant avstånd att en satellit i denna bana roterar runt jorden i samma riktning och med samma omloppstid som jordens rotationstid. Se
Geostationary_orbit och bilden nedan. Kommunikationssatelliter och vädersatelliter är normalt geostationära.
Centripetalkraften för en cirkelbana med radien
r är
mv2/r och
gravitationskrafen är
mMG/r2, där
G är gravitationskonstanten.
Om vi sätter dessa lika får vi
(vinkelhastigheten)
2 =
w2 = v
2/r
2 = GM/r
3 (1)
Men vinkelhastigheten ges av
w = 2
p/P
där P är perioden (omloppstiden).
Jordens rotation bestämmer den nödvändiga vinkelhastigheten, vilket i sin tur bestämmer
r. Höjden över jordytan blir då
r-R, där
R är jordradien.
Vi får eftersom jordens rotationstid i förhållande till stjärnorna är 23 timmar 56 minuter och 4 sekunder:
r
3 = GMP
2/(4
p2) =
6.67310
-115.97410
24(236060+5660+4)
2/(4
p2)
Vilket ger
r = 4.216610
7 m = 42166 km
Jordens radie är 6378 km så avståndet över jordytan blir
r - R = 42166 - 6378 = 35800 km, dvs c:a en tiondel av avståndet till månen.
Observera att sambandet vinkelhastighet - radie (ekvation 1) är ett sätt att skriva Keplers tredje lag:
(vinkelhastigheten)
2 = GM/r
3 =
(2
p/P)
2 (2)
dvs
GM/(4
p 2) = r
3/P
2
där allt i vänsterledet är konstanter.
Anmärkning 1. Vi har i härledningen ovan försummat den stora kroppens acceleration eftersom m är mycket mindre än M. Tar vi hänsyn till denna behöver vi byta ut M i ekvation 2 mot m+M.
Anmärkning 2. Man kan (med lite större besvär) härleda Kelers tredje lag för en elliptisk bana. Uttrycket blir som i ekvation 2 men med radien
r utbytt mot halva storaxeln
a.

/Peter Ekström 1997-03-20