بالإضافة إلى الكواكب الرئيسية، يتكون النظام الشمسي من العديد من الأجرام السماوية. تدور الأقمار الصناعية حول معظم الكواكب، على غرار القمر يدور حول الأرض. في علم الفلك، يتم تطبيق مصطلح الأقمار الصناعية بشكل عام على تلك الأجسام التي تدور حول نجم، والأخير ذو بعد أكبر من الأول يرتبط كلا الشكلين معًا بقوتي الجاذبية المتبادلة.
هناك فرق بين الأقمار الصناعية الطبيعية والاصطناعية. تلك المصطنعة هي تلك التي بناها الإنسان، وبالتالي فمن الممكن، بطريقة ما، تعديل مسارها. وفي العقود الأخيرة، تم وضع مجموعة كبيرة ومتنوعة من الأقمار الصناعية تدور حول الأرض وكذلك العديد من الكواكب.
ما هو القمر الصناعي؟
القمر الصناعي الطبيعي، هو أي نجم يتحرك حول جسم آخر؛ ليس من الممكن تعديل مساراتها بشكل مصطنع.
بشكل عام، تسمى أقمار الكواكب الرئيسية أقمارًا، بالاشتراك مع اسم القمر الصناعي الطبيعي للأرض.
الكواكب المختلفة لها كميات مختلفة من الأقمار. العدد الإجمالي في النظام الشمسي مرتفع ولا يزال غير مكتمل، حيث لا تزال توجد أقمار جديدة. كما لا توجد أقمار معروفة على عطارد أو كوكب الزهرة ولا يوجد قمر صناعي به قمر.
على الرغم من اعتيادنا على رؤية قمرنا كجسم كروي، يجب أن نعلم بأن الأقمار الصناعية للكواكب الرئيسية، بشكل عام، يمكن أن تكون مختلفة تمامًا، أو لها أشكال غير منتظمة أو قد تكون مستوية للغاية.
في الوقت الحالي (يوليو 2015) يشار إلى إجمالي عدد الأقمار الصناعية المعروفة على كل كوكب. بالتأكيد في السنوات المقبلة، سيتم اكتشاف عدد أكبر من الأقمار الصناعية الصغيرة.
هناك عشرات وعشرات الأقمار الصناعية الطبيعية في النظام الشمسي، وجميع الكواكب تقريبًا بها قمر واحد على الأقل. لكن لدى زحل، على سبيل المثال، ما لا يقل عن 53 قمرًا صناعيا طبيعيًا، وبين عامي 2004 و 2017م، كان له أيضًا قمرًا صناعيًا: مركبة كاسيني الفضائية، التي اكتشفت الكوكب الحلقي وأقماره.
عدد الأقمار الصناعية للكواكب
- كوكب الأرض، قمر واحد.
- كوكب المريخ، قمران.
- كوكب المشتري، 67 قمر.
- كوكب زحل، 150 + 53 قمر.
- كوكب أورانوس، 27 قمر.
- كوكب نبتون، 14 قمر.
- بلوتو، خمسة أقمار.
تتحرك أقمار الكواكب حولها لدعم مختلف القوى. إذا كانت الكواكب عبارة عن كرات مثالية، فإنها تتحرك في مدارات بيضاوية تمامًا. كما تشوه الكواكب بسبب دورانها، فإنها تسبب انتفاخ خط الاستواء. يحدد هذا التأثير، جنبًا إلى جنب مع قوى جذب أقمار أخرى من نفس الكوكب وحركة الشمس الجاذبية، أن كل قمر صناعي لديه حركة معقدة تسمى الحركة المضطربة.
إذًا، القمر الصناعي هو قمر أو كوكب أو آلة تدور حول كوكب أو نجمة. على سبيل المثال، الأرض هي قمر صناعي بسبب مداره حول الشمس. بنفس الطريقة، القمر هو قمر صناعي، لأنه يدور حول الأرض. بشكلٍ عام، تشير كلمة “القمر الصناعي” إلى أية آلة أطلقت في الفضاء وتتحرك حول الأرض أو أي جسم آخر في الفضاء.
أنواع الأقمار الصناعية الموجودة:
عندما نشير إلى الأقمار الصناعية، يمكننا التحدث عن عدة أنواع:
بادئ ذي بدء، يمكننا تقسيمها إلى:
- الأقمار الصناعية الطبيعية: هي تلك التي تدور حول الكواكب بفضل قوة الجاذبية والتي يقال إنها طبيعية لأنها تتشكل بالحجارة والغازات والكتلة.
- الأقمار الصناعية: هي تلك التي صنعها الإنسان، وهذا هو السبب وراء وجود الكلمة الاصطناعية التي تدور حول الأرض. إنها تخدم المواقع العالمية، الفلكية، الاتصالات، المعلومات، إلخ.
نقسمهم إلى الأنواع التالية:
- الأقمار الصناعية الفلكية.
- الأقمار الصناعية للاتصالات.
- سواتل رصد الأرض.
- المحطات الفضائية.
الأقمار الطبيعية هي أجرام سماوية صلبة، فهي خالية من الهواء. يتكون النظام الشمسي من 146 قمرًا طبيعيًا على الأقل.
عندما تتحرك الأرض حول الشمس، تتحرك الأقمار الصناعية الطبيعية حول جسم أكبر، أي مدارها.
ليس جميعها لديهم نفس الحجم. بعضها أكبر من قمر الأرض، لكن البعض الآخر أصغر بكثير من قمر الأرض. يبلغ قطر أكبر قمر 5،262 كيلومترًا وينتمي إلى كوكب المشتري ويسمى غانيميد.
الكثير منها كروية الشكل، في حين أن الباقي لديهم شكل غير منتظم للغاية.
يمكن أن تكون مداراتها منتظمة أو غير منتظمة.
تدور بفترات زمنية مختلفة. يستغرق قمر الأرض حوالي 27 يومًا لإكمال منعطف، لكن غانيميد يكمل مداره في 7.16 يومًا.
الأقمار الصناعية لكل كوكب
تشير الإدارة الوطنية للملاحة الجوية والفضاء (ناسا) إلى أنها أكدت وجود ما لا يقل عن 146 قمرًا طبيعيًا أو قمرًا صناعيًا من الكواكب في المجموعة الشمسية، لكن هناك 27 آخرين ينتظرون رسميًا أن يتم تسميتهم رسمًا. بالإضافة إلى ذلك، هناك 6 أقمار من الكواكب القزمة وغيرها من الكواكب الصغيرة التي تتحرك حول بعض الكويكبات والأجرام السماوية.
أصل الأقمار الصناعية الطبيعية
أحد الفرضيات الأكثر موثوقية لتشكيل القمر والعديد من الأقمار الصناعية الطبيعية، ينطوي على التأثير باستخدام كويكب كبير، على الرغم من وجود عدة إصدارات لأصله.
لقد بحث العلم كثيرًا في هذا المجال، ويعتقد أن معظم الأقمار الصناعية كانت عبارة عن كواكب دموية (الأجسام الصخرية البدائية التي انضمت معًا شكلت الكواكب) التي استولت عليها قوة الجاذبية لأكثر الأجسام الضخمة (الكواكب).
تشير الفرضية الأخرى إلى التقاط الكويكبات (خاصة بالنسبة لسواتل الكواكب الخارجية).
أخيرًا، يؤكد أن تكوين القمر الصناعي ينشأ من مادة تُطرد من الكوكب استجابةً لتأثير (الفرضية المذكورة سابقًا وتُضاف إلى القمر بشكل خاص).
من ناحية أخرى، يمكننا أن نضيف أن الأقمار الصناعية تبقى عادة بالقرب من كواكبها لفترات زمنية مختلفة، مع مدارات غير مستقرة يمكنها في فترات طويلة نقلها من الكواكب. لإكمال مدار حول الشمس، يستخدم شبه القمر الصناعي تمامًا نفس الوقت الذي يستخدم فيه كوكبه (صدى مداري 1: 1) ، ولكن له عمومًا غرابة أكبر.
يوجد حاليًا خمسة أقمار صناعية شبه معروفة للأرض (أشهرها على الأرجح 3753 Cruithne) وواحد من كوكب الزهرة (VE68 2002) وواحد من نبتون.
صورة الأقمار الصناعية في الفضاء
الأقمار الصناعية هي النوع الآخر من الأقمار الصناعية، التي لم تصبح حقيقة حتى منتصف القرن العشرين. أول قمر صناعي كان سبوتنيك، وهو مسبار فضائي روسي بحجم كرة الشاطئ الذي انطلق في 4 أكتوبر 1957. وقد صدم هذا الفعل معظم أنحاء العالم الغربي، حيث كان يعتقد أن السوفييت لم يكن لديهم القدرة على إرسال الأقمار الصناعية إلى الفضاء.
بعد هذا العمل الفذ، في 3 نوفمبر 1957 ، قام السوفييت بإطلاق قمرًا صناعيًا أكثر ضخامة، سبوتنيك 2، كان يحمل كلبًا، لايكا. كان القمر الصناعي الأول للولايات المتحدة إكسبلورر 1 في 31 يناير 1958. وكان القمر الصناعي 2 في المئة فقط من كتلة سبوتنيك 2 ، مع 30 رطلاً (13 كجم).
أصبح Sputniks و Explorer 1 الطائرات الأولى لسباق الفضاء بين الولايات المتحدة والاتحاد السوفيتي والتي استمرت حتى نهاية الستينيات على الأقل. بدأ التركيز على الأقمار الصناعية كأدوات سياسية في إفساح المجال للناس، حيث أرسل البلدان البشر إلى الفضاء في عام 1961. لكن في وقت لاحق من العقد، بدأت أهداف كلا البلدين في الانقسام. بينما هبطت الولايات المتحدة الأمريكية على سطح القمر وأنشأت مكوك الفضاء، بنى الاتحاد السوفيتي أول محطة فضائية في العالم، Salyut 1، التي تم إطلاقها في عام 1971. (اتبعت محطات أخرى ، مثل Skylab of the United States و مير الاتحاد السوفيتي).
بدأت بلدان أخرى في إرسال أقمارها الصناعية الخاصة إلى الفضاء مع انتشار فوائدها عبر المجتمع. استفادت من أقمار الأرصاد الجوية في التنبؤات، حتى في المناطق النائية. سجلت أقمار رصد الأرض، مثل سلسلة لاندسات، تغييرات في الغابات والمياه وأجزاء أخرى من سطح الأرض مع مرور الوقت. أجرت أقمار الاتصالات السلكية واللاسلكية مكالمات هاتفية بعيدة المدى، وأخيرًا، كان البث التلفزيوني المباشر من جميع أنحاء العالم جزءًا من الحياة الطبيعية. ساعدت الأجيال اللاحقة في اتصالات الإنترنت.
من خلال تصغير أجهزة الكمبيوتر والأجهزة الأخرى، أصبح من الممكن الآن إرسال أقمار صناعية أصغر بكثير يمكنها القيام بالبحث أو الاتصالات أو وظائف أخرى في المدار. أصبح من الشائع الآن بالنسبة للشركات والجامعات إنشاء “CubeSats” أو أقمار صناعية على شكل مكعبات والتي غالبًا ما تملأ مدار الأرض الأدنى. يمكن إطلاقها على صاروخ مع حمولة أكبر، أو إرسالها من قاذفة متنقلة على محطة الفضاء الدولية (ISS). تدرس وكالة ناسا الآن إرسال CubeSats إلى المريخ أو قمر أوروبا (بالقرب من كوكب المشتري) للقيام بمهام في المستقبل، على الرغم من عدم تأكيد CubeSats لإدراجها.
محطة الفضاء الدولية (International Space Station)
تعد المحطة الفضائية الدولية هي أكبر قمر صناعي في المدار واستغرق بنائها أكثر من عقد من الزمن. ساهمت 15 دولة، ببنائها قطعة قطعة، البنية التحتية أنشئ بين عامي 1998 و 2011. ويتوقع مسؤولو البرنامج أن تستمر المحطة الفضائية الدولية في العمل حتى عام 2024 على الأقل.
مستشعر MODIS/TERRA
من خلال مساحة العرض الواسعة التي تصل إلى 2330 كم، ترى MODIS كل نقطة في عالمنا كل 1-2 أيام في 36 نطاقًا طيفيًا مختلفًا. وبالتالي، تتعقب MODIS مجموعة واسعة من العلامات الحيوية للأرض أكثر من أي مستشعر تيرا آخر. على سبيل المثال، يقيس المستشعر النسبة المئوية لسطح الكوكب المغطاة بالغيوم كل يوم تقريبًا. تمكن هذه التغطية المكانية الواسعة MODIS، مع MISR و CERES، من مساعدة العلماء على تحديد تأثير السحب والهباء الجوي على ميزانية طاقة الأرض.
بالإضافة إلى تسجيل وتيرة وتوزيع الغطاء السحابي ، يقيس MODIS خصائص السحب مثل توزيع وحجم قطرات السحب في كل من المياه السائلة والسحب الجليدية. تقوم MODIS أيضًا بقياس خواص الهباء الجوي – جزيئات سائلة أو صلبة صغيرة في الغلاف الجوي. يدخل الهباء الجوي إلى الغلاف الجوي من مصادر من صنع الإنسان مثل التلوث وحرق الكتلة الحيوية والمصادر الطبيعية مثل العواصف الترابية والانفجارات البركانية وحرائق الغابات. تساعد MODIS العلماء على تحديد كمية بخار الماء في عمود من الغلاف الجوي والتوزيع الرأسي لدرجات الحرارة وبخار الماء – وهي قياسات مهمة لفهم نظام مناخ الأرض.
تعد MODIS مثالية لرصد التغيرات الواسعة النطاق في المحيط الحيوي والتي تسفر عن رؤى جديدة في طريقة عمل دورة الكربون العالمية. تقوم MODIS بقياس نشاط التمثيل الضوئي للنباتات البرية والبحرية (العوالق النباتية) للحصول على تقديرات أفضل لمقدار امتصاص غازات الدفيئة واستخدامها في إنتاجية النبات. إلى جانب قياسات درجة حرارة سطح المستشعر، تساعد قياسات MODIS للغلاف الحيوي العلماء على تتبع مصادر وأحواض ثاني أكسيد الكربون استجابة لتغيرات المناخ.
في كل يوم تقريبًا في جميع أنحاء العالم، يراقب المستشعر التغيرات على سطح الأرض، وبالتالي يقوم ببناء وتوسيع التراث الذي بدأته لاندسات. تقوم MODIS بتخطيط المساحة الجليدية للثلوج والجليد الناتجة عن العواصف الشتوية ودرجات الحرارة الباردة. يلاحظ المستشعر “الموجة الخضراء” التي تجتاح القارات حيث يفسح فصل الشتاء الطريق إلى الربيع وتتفتح النباتات في الاستجابة. ترى أين ومتى تضرب الكوارث – مثل الانفجارات البركانية والفيضانات والعواصف الشديدة والجفاف وحرائق الغابات – ونأمل أن تساعد الناس على التخلص من الأذى. عصابات MODIS حساسة بشكل خاص للحرائق؛ يمكنهم التمييز بين الاحتراق والحروق المشتعلة وتقديم تقديرات أفضل لكميات الهباء الجوي والغازات التي تطلق في الجو.
تشهد MODIS تغييرات في مجموعات العوالق النباتية في المحيط الهادئ، من خلال اقتران درجة حرارة سطح البحر وقياسات لون المحيط ، لاحظت MODIS التأثيرات الناجمة عن ظاهرة النينيو على النبات البحري المجهر. لدى MODIS قناة فريدة لقياس مضان الكلوروفيل. تبدأ جميع النباتات التي تم تعريضها للضوء في التوهج، ولكن في الأطوال الموجية التي لا تستطيع عيوننا رؤيتها. كلما زاد عدد النباتات التي تتألق، قل عدد الطاقة التي تستخدمها في عملية التمثيل الضوئي. وبالتالي، لا تقوم MODIS بتخطيط توزيع العوالق النباتية فحسب، بل إنها تساعدنا أيضًا على قياس صحتها.
ملاحظة:
ظاهرة النينيو من الظواهر الطبيعية والتي تحصل في منطقة المحيط الهادي والتي تتمثل بارتفاع لدرجة حرارة سطح المحيط بمعدل أكثر من نصف درجة مئوية وذلك لمدة تجاوزت الثلاثة أشهر وذلك بسبب تحرك الرياح بشكل ضعيف واتجاهها المختلف والذي يتم من الغرب إلى الشرق.
كيف يتم استخدام الأقمار الصناعية لمراقبة المحيط؟
القمر الصناعي التشغيلي المستقر بالنسبة إلى الأرض (GOES-16) هو الأول من الجيل التالي من نوا (الإدارة الوطنية للمحيطات والغلاف الجوي NOAA) من أقمار الطقس الجوية المستقرة بالنسبة إلى الأرض. من بين المهام العديدة لهذا القمر الصناعي، يجمع بيانات المحيطات والمناخ.
الأقمار الصناعية هي أدوات رائعة لمراقبة الأرض والمحيط الأزرق الكبير الذي يغطي أكثر من 70 في المئة من كوكبنا. من خلال الاستشعار عن بعد من مداراتها المرتفعة فوق الأرض، توفر لنا الأقمار الصناعية معلومات أكثر بكثير مما يمكن الحصول عليه من السطح فقط.
باستخدام الأقمار الصناعية، والباحثين NOAA يمكننا دراسة عن كثب المحيط. ويمكن أن تخبرنا المعلومات التي تجمعها الأقمار الصناعية عن قياس أعماق المحيط ودرجة حرارة سطح البحر ولون المحيط والشعاب المرجانية والجليد البحري والبحري. يستخدم العلماء أيضًا أنظمة جمع البيانات على الأقمار الصناعية لنقل الإشارات من أجهزة الإرسال على الأرض للباحثين في هذا المجال – المستخدمة في تطبيقات مثل قياس ارتفاع المد والجزر وهجرة الحيتان. تقوم أجهزة الإرسال على الأقمار الصناعية أيضًا بنقل معلومات الموقع من منارات الطوارئ للمساعدة في إنقاذ الأرواح عندما يكون الناس في حالة ضائقة على متن قوارب أو طائرات أو في مناطق نائية.
محاكاة لدرجات حرارة سطح البحر من مختبر ديناميكا الموائع الجيوفيزيائية
إن معرفة درجة حرارة سطح البحر يمكن أن تخبر العلماء كثيرًا بما يحدث في المحيط وحوله. تؤثر التغيرات في درجات الحرارة على سلوك الأسماك، ويمكن أن تسبب تبيض الشعاب المرجانية، وتؤثر على الطقس على طول الساحل. تظهر صور الأقمار الصناعية لدرجة حرارة سطح البحر أيضًا أنماط دوران المياه. ومن الأمثلة على ذلك مواقع للارتفاعات، تتميز بالمياه الباردة التي ترتفع من الأعماق، وغالبًا بالقرب من السواح؛ وتيارات المياه الدافئة، مثل Gulf Stream. الأداة الأكثر استخدامًا لجمع درجات حرارة سطح البحر هي أداةVisi Infrared Imaging Radiometer Suite (VIIRS) على متن القمر الصناعي NOAA / NASA Suomi NPP. يلتقط هذا المستشعر بيانات جديدة كل يوم، مما يسمح للعلماء بتجميع سلسلة من الخرائط التي تظهر تغيرات درجة حرارة سطح البحر مع مرور الوقت لمناطق مختلفة حول العالم.
توفر الأقمار الصناعية أيضًا معلومات حول لون المحيط. على سبيل المثال، تساعد بيانات الألوان الباحثين على تحديد تأثير الفيضانات على طول الساحل، واكتشاف أعمدة النهر، وتحديد أزهار الطحالب الضارة التي يمكن أن تلوث المحار وتقتل الأسماك والثدييات البحرية الأخرى. لا تسمح لنا بيانات ألوان المحيط من الأقمار الصناعية بتحديد مكان تكاثر الطحالب فحسب، بل وأيضًا التنبؤ بالمكان الذي قد ينجرف فيه في المستقبل. تستخدم محطات المعالجة أيضًا تنبؤات طحالب الطحالب التي أنشأتها NOAA لتقرر متى يتم تغيير تركيبة معالجة المياه الخاصة بها لمعالجة الطحالب.
الآثار المحتملة لتغير المناخ
ارتفاع مستوى سطح البحر، والذي يمكن أن يتسبب في غمر المناطق الساحلية والجزر وتآكل السواحل وتدمير النظم الإيكولوجية الهامة مثل الأراضي الرطبة وأشجار المانغروف. يمكن دمج قياسات رادار مقياس الارتفاع الساتلي مع مدارات مركبة فضائية معروفة بدقة لقياس مستوى سطح البحر على أساس عالمي بدقة غير مسبوقة. يوفر قياس التغيرات الطويلة الأجل في متوسط مستوى سطح البحر وسيلة لاختبار توقعات نماذج المناخ للاحتباس الحراري.
ينتفخ سطح المحيط إلى الخارج والداخل، مقلدًا تضاريس قاع المحيط. يمكن قياس المطبات، وهي صغيرة جدًا بحيث لا يمكن رؤيتها، بمقياس الرادار على متن قمر صناعي.
يمكن أيضًا استخدام صور القمر الصناعي لرسم خريطة تميز الشعاب المرجانية. جيولوجيا قاع البحر أبسط بكثير من جيولوجيا القارات لأن معدلات التعرية أقل، وكذلك لأن القارات عانت من تصادمات متعددة مرتبطة بفتح أحواض المحيط وإغلاقها. على الرغم من شبابها وبساطتها الجيولوجية النسبية، فإن معظم قاع البحر العميق هذا ظل غير مفهوم بشكل جيد لأنه محجوب من المحيط. حتى الآن، لم ترسم السفن سوى جزء صغير من قاع البحر. ولكن بفضل الجاذبية، يتميز سطح المحيط بمطبات واسعة وتراجع يحاكي تضاريس قاع المحيط. يمكن تعيين هذه المطبات والانخفاضات باستخدام مقياس تحديد رادار دقيق للغاية مركب على القمر الصناعي.
يلعب المحيط دورًا رئيسيًا في تنظيم الطقس والمناخ على الكوكب. ربما تكون بيانات الطقس أكثر تطبيقات تكنولوجيا الأقمار الصناعية شهرة. يتكون نظام الأقمار الصناعية للطقس التشغيلي لـ NOAA من نوعين من الأقمار الصناعية: الأقمار الصناعية البيئية المستقرة بالنسبة إلى الأرض (GOES) للتنبؤات والإنذارات والملاحظات قصيرة المدى؛ والسواتل المدارية القطبية للتنبؤ على المدى الطويل. كلا النوعين من الأقمار الصناعية ضروريان لتوفير نظام عالمي كامل لمراقبة الطقس.
يمكن أيضًا استخدام الأقمار الصناعية التي توفر الصور البيئية بالاشتراك مع المنظمات الأخرى التي تتلقى بيانات من أجهزة استشعار مختلفة. على سبيل المثال، يمكن تزويد الحيوانات البحرية، مثل السلاحف البحرية، بأجهزة إرسال تنقل معلومات عن مواقعها إلى الأقمار الصناعية التي تدور حولها. كما تستخدم تقنية مماثلة للبحث والإنقاذ البشري.
المراجع:
