چشم‌هایی که از آسمان ما را می‌پاید
مقدمه
بشر از گذشته‌های دور در آرزوی پرواز بوده است. پرواز موجب نگرش جدیدی در طرز تلقی بشر از زندگی شد. انسانی که خود را محصور در خاک و آب می‌دید، با پرواز توانست خود را در گستره‌یی جدید و وسیع‌تر ببیند؛ دیگر کره زمین مسطح نبود. دیگر همه باور داشتند که زمین کروی شکل است و به دور خود و ستاره بزرگی به نام خورشید در گردش است. به تازگی پنجاهمین سالگرد پرتاب نخستین شیء ساخت بشر که به فضای خارج از زمین ارسال شده بود، از پیش رویمان گذشت. چهارم ژانویه 1985 نخستین ماهواره که به مدار زمین ارسال شده بود، پس از پایان ماموریت سه ماهه‌اش به زمین سقوط کرد. به همین مناسبت نگاهی داریم به تاریخچه ماهواره و شیوه و عملکرد آن.
تاریخچه
پیش از آنکه در دهه 1950 بشر وارد فضای بیرون از زمین شود، انسان برای دستیابی به اطلاعات مختلف از دنیای اطراف خود به شیوه های گوناگونی متوسل می‌شد که برای ما هم اکنون بسیار ابتدایی به نظر می‌رسد. روزگاری انسان‌ها از بالای کوه‌ها و تپه‌ها و مناطق مرتفع اوضاع را زیر نظر داشتند. برج‌ها و باروها مکان‌هایی بودند که در آن نگهبانان، منطقه حکومت‌های خود را زیر نظر داشتند. صدها سال بعد بالن اولین شیء ساخت دست بشر بود که توانست انسان را به آسمان ببرد. گفته می‌شود ناپلئون برای اولین بار از بالن برای کسب اطلاعات از موقعیت نیروهای دشمن برای ارتش خود استفاده کرد.
چند سال پس از اختراع هواپیما توسط برادران رایت، در جنگ جهانی اول برای نخستین بار از هواپیما برای بمباران مواضع دشمن و همچنین کسب اطلاع از موقعیت نیروهای دشمن استفاده شد. اما حدود 40 سال پس از پایان جنگ جهانی اول بشر توانست نخستین شیء دست ساز خود را به مدار زمین ارسال کند. ماهواره شیء دست ساز بشر است که همچون یک ماه در مدار زمین در گردش است.
ظاهراً نخستین اشاره به ماهواره در ادبیات، نوشته‌یی از «ادوارد اورت هیل» است. او در سال 1869 در داستانی به نام «ماه آجری» از ماهواره‌یی حامل انسان نام می‌برد که به دور زمین می‌گردد. «ژول ورن» نیز در داستان «میلیون‌ها بگم» در سال 1879 از گلوله توپی نام می‌برد که به طور ناخواسته در مدار زمین به گردش در آمده است. «کنستانتین تسیولکوفسکی» نیز در رساله خود به نام «اکتشاف فضای کیهانی با وسایل عکس العملی» در میان انبوهی از اندیشه‌های نو در مورد فضانوردی، از ماهواره نیز نام می‌برد. در سال 1945 «آرتور سی کلارک» نویسنده داستان‌ها‌‌ی علمی- تخیلی، برای اولین بار پیشنهاد کرد که ماهواره‌های ارتباطی برای تامین ارتباط در سراسر زمین در مدار ژئوسنکرون زمین قرار گیرند. به همین خاطر «کلارک» را پدر ماهواره می‌نامند، زیرا او برای اولین بار به صورت علمی نظریه ساخت ماهواره را بیان کرد.
سرانجام در چهارم اکتبر 1957 نخستین شیء ساخت دست بشر با نام اسپوتنیک1 به فضا پرتاب شد. اسپوتنیک1 حاصل تحقیقاتی بود که دانشمندان علوم فضایی شوروی از سال 1955 آغاز کرده بودند. اولین شیء ساخت بشر توسط یک موشک به مدار زمین پرتاب شد. اسپوتنیک در هر 96 دقیقه یک دور کامل به دور زمین می‌چرخید و اطلاعات به دست آمده را به صورت سیگنال‌های رادیویی به زمین ارسال می‌کرد. اولین قمر مصنوعی بشر به اندازه یک توپ بسکتبال و وزن آن حدود 83 کیلوگرم بود. اسپوتنیک 1 دارای دو فرستنده رادیویی در طول موج‌های 20 و 40 مگاهرتز بود و در مداری بیضوی در ارتفاع متوسط 250 کیلومتر به مدت 98 دقیقه به دور کره زمین چرخید.
سه هفته پس از ورود این ماهواره به مدار زمین، باتری‌های شیمیایی آن تخلیه شدند و ماهواره از کار افتاد. اسپوتنیک در مداری بیضوی با ارتفاع اوج 939 کیلومتر، حضیض 215 کیلومتر و زاویه مًیل 1/65 درجه، چرخش خود را به دور زمین آغاز کرد ولی به دلیل اثرات جو زمین روزبه روز از ارتفاع مداری آن کاسته می‌شد تا اینکه در چهارم ژانویه 1958 یعنی سه ماه بعد از پرتاب، به زمین سقوط کرد.
دو سال بعد اتحاد جماهیر شوروی توانست دومین ماهواره مصنوعی را با نام اسپوتنیک 2 به فضا پرتاب کند. این بار سگی به نام لایکا میهمان این ماهواره کوچک بود که البته ظاهراً در همان دقایق نخست پرواز به علت فشار بسیار زیاد حاصل از خروج از جو زمین مرده بود. اسپوتنیک 2 که وزنش برابر یک فولکس واگن بود بیش از پنج ماه در مدار زمین می‌چرخید.
با ورود بشر به عصر فضا انسان توانست اطلاعات بسیاری را از سیاره خود به دست آورد. «آرتور سی کلارک» که برای نخستین بار رویای ماهواره را در داستان‌هایش آورده بود، هم اینک شاهد ساخت نخستین ماهواره‌هایی بود که توسط شوروی به مدار زمین ارسال می‌شدند. ماهواره‌ها می‌توانستند اطلاعات نظامی، کشاورزی، طبیعی و جغرافیایی بسیاری از کشورهای مختلف را به دست آورند.
ماهواره
ماهواره شیئی است دست ساز بشر که همچون پرنده‌یی به دور مدار زمین، سیارات و اجرام منظومه خورشیدی در چرخش است. اندازه ماهواره ها معمولاً بین یک تا پنج متر است. از دهه 1970 دانشمندان به کمک کامپیوتر و نانوتکنولوژی تجهیزات پیشرفته یی را برای ماهواره‌ها اختراع و در آنها نصب کرده‌اند که بر موارد کاربری ماهواره‌ها افزوده است.
ماهواره‌ها به دو بخش کلی تقسیم می‌شوند:
1- بار مفید (محموله)
2- سکو (جایگاه).
ماهواره‌ها دارای تجهیزاتی همچون سیستم برق، مخزن سوخت، کامپیوتر، سیستم تامین انرژی، دوربین و آینه خورشیدی هستند. پس از ساخت ماهواره، آنها را توسط یک ماهواره بر، موشک یا حتی شاتل فضایی به فضا پرتاب می‌کنند تا در مدار معین خود بر حول محور زمین قرار بگیرند. ماهواره برها به شکل موشک‌ها‌ی چندمرحله‌یی با سوزاندن سوخت شیمیایی، انرژی لازم برای بردن ماهواره به مدار زمین را فراهم می‌کنند. پس از قرار گرفتن ماهواره در ارتفاع مورد نظر، یک سامانه پیشران موشکی دیگر به کار می‌افتد و ماهواره را در مدار مورد نظر قرار می‌دهد. از جمله ماهواره برهای معروفی که هم اکنون چند سالی است سازمان فضایی اروپا برای ارسال ماهواره به مدار زمین از آن استفاده می‌کند، موشک آریان 5 ساخت فرانسه است.
ماهواره به طور مداوم در حال حرکت در مداری حول زمین است. بخشی از پژوهش های علمی و تخصصی که توسط ماهواره‌ها انجام می‌شود، هرگز نمی‌تواند روی کره زمین جنبه عملی به خود گیرد.
امروزه ماهواره‌ها تنها برای کسب اطلاعات از کره خاکی ما کاربرد ندارند؛ هم اکنون چندین ماهواره پیشرفته علمی تحقیقاتی هستند که بر گرد خورشید و اجرام منظومه خورشیدی در حرکتند و اطلاعات خود را از آن اجرام به مراکز مدیریت ماهواره خود در زمین ارسال می‌کنند.
ماهواره‌ها از لحاظ ماموریت خود به گونه‌های مختلفی تقسیم می‌شوند
1-هواشناسی 2- ارتباطات رادیویی و مخابراتی 3- ردیابی 4- تحقیقاتی علمی 5- نظامی و جاسوسی.
ماهواره‌هایی که حول محور مدار زمین در گردشند در ارتفاع‌های متفاوتی از زمین قرار دارند. کمترین ارتفاع ماهواره‌ها از زمین حدود 200 کیلومتر و بیشترین آن حدود 36 هزار کیلومتر است. لازم به ذکر است که یک ماهواره تنها زمانی می‌تواند در مدار خود باقی بماند که شتاب ماهواره با نیروی گرانش جرمی (به طور مثال زمین) که به دور آن می‌چرخد، تناسب و تعادل داشته و تحت تاثیر آن باشد. در صورتی که شتاب ماهواره بیشتر از گرانش زمین باشد، ماهواره در مسیری مستقیم از زمین دور می‌شود و بالعکس اگر شتاب ماهواره کمتر باشد به سمت زمین کشیده شده و برخواهد گشت.
پس از اتمام عمر ماموریت ماهواره، آنها معمولاً در نقاط خاصی از جمله اقیانوس ها سقوط می‌کنند. البته پیش از سقوط هنگام برخورد با مولکول‌های خارجی ترین لایه اتمسفر سرعت ماهواره کم می‌شود. در این زمان نیروی گرانش، ماهواره را به سمت لایه‌های داخلی اتمسفر می‌کشاند و هوایی که جلوی ماهواره قرار می‌گیرد، در یک لحظه آنقدر فشرده و داغ می‌شود که بخش اعظم آن می‌سوزد و باقی مانده احتمالی آن در نقاط از پیش تعیین شده‌یی که اکثراً در اقیانوس‌ها و دریاهای آزاد است، سقوط می کند.
مدار ماهواره‌هایی که به دور زمین در چرخشند به سه ارتفاع کلی نسبت به زمین تقسیم می‌شوند:
1- ارتفاع کوتاه
برای پرتاب این ماهواره‌ها به فضا، از انرژی کمتری نسبت به ماهواره‌های ارتفاع بالا استفاده می‌شود. مکان این ماهواره‌ها در ارتفاعی بین 200 تا 800 کیلومتر بر فراز جو زمین قرار دارند. در اینجا هوایی وجود ندارد تا باعث تماس و اصطکاک شود. به دلیل نزدیکی فاصله این نوع ماهواره‌ها از سطح زمین، سرعت حرکت این ماهواره‌ها خیلی بیشتر از سرعت دوران زمین به دور خود است. گاهی سرعت این نوع ماهواره‌ها به 27359 کیلومتر در ساعت نیز می‌رسد. با این سرعت، این نوع از ماهواره‌ها می‌توانند در هر 90 دقیقه، یک دور کامل پیرامون زمین بگردند. تلسکوپ هابل که از رده ماهواره‌های مطالعاتی و علمی و مخصوص برنامه‌های نجومی است در مدار ماهواره‌های ارتفاع کوتاه قرار دارد (610 کیلومتری زمین) و دوره گردش آن 97 دقیقه است. ایستگاه‌های زمینی این قابلیت را دارند که در طول شبانه روز 12 بار با ماهواره‌های ارتفاع کوتاه ارتباط برقرار کنند. در این موارد جریان تبادل اطلاعات تا زمانی که ماهواره از فراز ایستگاه زمینی عبور می‌کند، ادامه دارد که معمولاً حدود 10 تا 12 دقیقه است.
2- ارتفاع متوسط
این ارتفاع در حدود 20 هزار کیلومتری زمین است و دوره گردش ماهواره‌های این رده 12 ساعته است. این ارتفاع خارج از اتمسفر زمین است. ماهواره‌های ردیاب غالباً در این ارتفاع قرار دارند.
3- ارتفاع بلند، زمین ثابت
مدار ارتفاع بلند یا مدار کلارک بر فراز استوا و در ارتفاع 35900 کیلومتری زمین قرار دارد. برای پرتاب این ماهواره‌ها از انرژی بسیار زیادی استفاده می‌شود. این ماهواره‌ها حول محور عمودی زمین با سرعت و جهت برابر حرکت می‌کنند، به همین دلیل هنگام رصد این ماهواره‌ها، همواره آنها به صورت جرم نورانی در یک نقطه ثابت به نظر می‌رسند و به دلیل همین ثبات دارای سایه‌یی ثابت (معروف به جای پا) بر زمین هستند. ماهواره‌های ارتفاع بلند در ارتباط دائم و همیشگی با زمین قرار دارند.
لازم به ذکر است که اکثر ماهواره‌های مخابراتی در مدار زمین ثابت قرار گرفته‌اند. از آنجا که این ماهواره‌ها هیچ پوششی روی قطب‌های شمال و جنوب ندارند، برای پوشش قطب‌ها از ماهواره‌های مدار قطبی استفاده می‌شود. در واقع این نوع از ماهواره‌ها شمالی‌ترین و جنوبی‌ترین قسمت نیمکره‌ها را پوشش می‌دهند.
هم اکنون بیش از دو سال است که ما ایرانیان نیز دارای یک ماهواره اختصاصی مربوط به خود در فضا هستیم. ماهواره «سینا-1» (ZS4) که با مشارکت شرکت‌های روسی ساخته شد، نخستین ماهواره ایرانی است که روز پنجشنبه 27 اکتبر سال 2005 (5 آبان 1384) به همراه یک ماهواره آموزشی روسیه و شش مینی ماهواره خارجی دیگر به وسیله یک فروند موشک حامل Kosmos-3M از پایگاه فضایی Plesetsk روسیه به فضا پرتاب شد و در 6 آبان در مدار مورد نظر قرار گرفت. این ماهواره کاربرد مطالعاتی دارد و برای کاربردهایی مانند نقشه برداری، هواشناسی و کشاورزی و مواردی دیگر استفاده می‌شود.
اما اگر علاقه‌مند هستید که اقمار مصنوعی زمین را در آسمان مشاهده کنید، اندکی از شهرهای بزرگ دور شوید تا در زیر آسمان زیبای شب بتوانید ماهواره‌های بسیاری را رصد کنید. ایستگاه فضایی بین‌المللی (ISS) و ماهواره‌های ایریدیوم (مخابراتی) درخشان‌ترین اجرام ساخت بشر هستند که در مدار زمین قرار دارند. در سایت www.heavens-above.com اطلاعات مداری و زمانی ماهواره‌های غیرنظامی و همچنین وضعیت آب و هوای مناطق مختلف جهان قرار دارد. با وارد کردن شهر محل سکونت خود در این سایت می‌توانید از زمان و مسیر حرکت ماهواره مورد نظر خود در طول سال مطلع شوید و آن را با چشم و در مواردی با ابزار رصدی رویت کنید.