Geosynchrone Umlaufbahn
Eine geostationäre Umlaufbahn (oder Geostationary Earth Orbit - GEO) ist eine Art geosynchrone Umlaufbahn direkt über dem Erdäquator (0° Breitengrad). Wie alle geosynchronen Bahnen hat er eine Periode (Zeit für eine Umlaufbahn) von 24 Stunden. Das bedeutet, dass er die Erde so schnell umkreist, wie sich die Erde dreht, und so scheint er die ganze Zeit über demselben Punkt zu bleiben. Eine Person, die von der Erde aus zuschaut, sieht einen Satelliten in einer geostationären Umlaufbahn an einem festen Ort am Himmel als unbeweglich an.
Geostationäre Umlaufbahn: Für jemanden auf der Erde scheint jeder Satellit an einem Ort am Himmel zu bleiben. Blick auf den Nordpol
Geostationäre Umlaufbahn: Für einen Beobachter auf der rotierenden Erde (grüner Punkt auf der blauen Kugel) scheinen die violetten und roten Satelliten an einem Ort am Himmel zu bleiben.
Seitenansicht von 2 Satelliten der Erde
Eine 5 x 6 Grad Ansicht eines Teils des geostationären Gürtels, die mehrere geostationäre Satelliten zeigt. Diejenigen über dem Äquator bilden einen diagonalen Gürtel über dem Bild: einige wenige Objekte mit geringer Neigung zum Äquator sind oberhalb dieser Linie sichtbar. Beachten Sie, wie die Satelliten punktgenau sind, während die Sterne aufgrund der Erdrotation kleine Spuren hinterlassen haben.
Satelliten in geostationärer Umlaufbahn
Kommunikationssatelliten und Wettersatelliten nutzen diese Bahnen oft, so dass die Satellitenantennen, die mit ihnen kommunizieren, sich nicht bewegen müssen, um sie zu verfolgen. Die Bodenantennen können permanent auf eine feste Position am Himmel ausgerichtet werden. Dies ist billiger und einfacher als eine Satellitenschüssel, die sich ständig bewegt, um einen Satelliten zu verfolgen. Jede Antenne bleibt über dem Äquator in einer festgelegten Länge (Entfernung nach Osten oder Westen).
Die Idee eines geosynchronen Satelliten für die Kommunikation wurde erstmals 1928 (aber nicht weit verbreitet) von Herman Potočnik veröffentlicht. Die Idee einer geostationären Umlaufbahn wurde erstmals 1945 in einem Artikel des britischen Science-Fiction-Autors Arthur C. Clarke mit dem Titel "Extra-Terrestrial Relays - Can Rocket Stations Give Worldwide Radio Coverage?" bekannt, der in der Zeitschrift Wireless World veröffentlicht wurde. Die Umlaufbahn, die Clarke zuerst als gut für Rundfunk- und Relais-Kommunikationssatelliten beschrieb, wird manchmal als Clarke Orbit bezeichnet. Der nach dem Autor benannte Clarke-Gürtel ist dieser Teil des Weltraums über der Erde - etwa 35.786 km (22.000 mi) über dem Meeresspiegel, über dem Äquator, wo nahezu geostationäre Umlaufbahnen realisiert werden können. Der Clarke Orbit (eine andere Bezeichnung für eine geostationäre Umlaufbahn) ist etwa 265.000 km (165.000 mi) groß.
Einzelheiten der Umlaufbahn
Der Satellit umkreist in Richtung der Erdrotation und erzeugt dabei eine Umlaufperiode, die der Erdrotationsperiode entspricht, den sogenannten siderischen Tag (fast 24 Stunden).
Die Umlaufbahn muss über dem Äquator liegen. Da alle Bahnen um den Erdmittelpunkt verlaufen, müsste der Satellit, wenn er über den Äquator gekippt würde (so dass er z.B. gerade über New York City wäre), auf jeder Bahn gleich weit zum Südpol schwenken. Er muss auf jeder Seite des Äquators gleich viel Zeit verbringen. Wenn er sich also direkt über dem Äquator befindet, bewegt er sich überhaupt nicht nach Norden oder Süden. (Geosynchrone Bahnen sind wie geostationäre Bahnen, schließen aber auch solche ein, die oberhalb und unterhalb des Äquators verlaufen).
Die Höhe der Umlaufbahn ist eine genaue Entfernung, da die Geschwindigkeit der Umlaufbahn davon abhängt, wie weit sie vom Erdmittelpunkt entfernt ist. Eine Umlaufbahn ist ein Gleichgewicht zwischen der Zentripetalkraft und der Schwerkraft der Erde. Objekte, die der Erde näher sind, empfinden mehr Schwerkraft. Deshalb umkreisen Objekte in einer niedrigen Umlaufbahn (wie die Internationale Raumstation) die Erde sehr schnell, etwa 90 Minuten oder so für jede Umlaufbahn. Weiter entfernte Objekte brauchen länger für jede Umkreisung. Der Mond zum Beispiel braucht etwa 29 Tage pro Umlaufbahn.
Da diese Umlaufbahn so hoch ist, dauert es etwa 1/4 Sekunde, bis die Funk- (und Licht-) Wellen zum Satelliten und zurück zur Erde gelangen. Das bedeutet, dass ein Rundfunkinterview, das zwischen dem Fernsehsender und einem entfernten Reporter stattfindet, eine Lücke von einer halben Sekunde haben kann (1/4 Sekunde, um vom Studio zum Reporter zu gelangen, und eine 1/4 Sekunde zurück zum Studio, wo das Signal dann zum Zuschauer gesendet wird). Diese Verzögerung von einer halben Sekunde ist bei vielen Nachrichtensendungen zu beobachten.
Wenn die Satelliten das Ende ihrer Lebensdauer erreicht haben, wäre es zu teuer, sie den ganzen Weg zurück zur Erde zu bringen, um in der Atmosphäre zu verglühen. Viel billiger ist es, sie ein wenig höher (300 km) in eine "Friedhofsumlaufbahn" zu bringen, wo sie im Wesentlichen für immer bleiben werden.
Fragen und Antworten
F: Was ist eine geostationäre Umlaufbahn?
A: Eine geostationäre Umlaufbahn ist eine Art geosynchrone Umlaufbahn, die sich direkt über dem Äquator der Erde befindet und eine Periode von 24 Stunden hat, so dass sie scheinbar immer über demselben Punkt bleibt.
F: Was ist der Unterschied zwischen geostationären und geosynchronen Umlaufbahnen?
A: Geostationäre Umlaufbahnen sind eine Art von geosynchronen Umlaufbahnen, die sich direkt über dem Äquator der Erde befinden und scheinbar immer über demselben Punkt bleiben, während eine geosynchrone Umlaufbahn auf jedem Breitengrad liegen kann und eine Periode von 24 Stunden hat.
F: Was ist der Zweck einer geostationären Umlaufbahn?
A: Der Zweck einer geostationären Umlaufbahn besteht darin, einen Satelliten in einer festen Position relativ zur Erdoberfläche zu halten und so kontinuierliche Kommunikations- und Beobachtungsmöglichkeiten zu bieten.
F: Wie schnell bewegt sich ein Satellit in einer geostationären Umlaufbahn um die Erde?
A: Ein Satellit in einer geostationären Umlaufbahn umkreist die Erde mit der gleichen Geschwindigkeit, mit der sich die Erde dreht, d. h. mit etwa 1.000 Meilen pro Stunde.
F: Wie kann eine Person, die einen geostationären Satelliten von der Erde aus beobachtet, seine Bewegung wahrnehmen?
A: Ein Mensch, der einen geostationären Satelliten von der Erde aus beobachtet, sieht, dass er sich nicht bewegt, sondern als gleichmäßiger Punkt am Himmel erscheint.
F: Kann sich eine geostationäre Umlaufbahn auf einem beliebigen Breitengrad befinden?
A: Nein, eine geostationäre Umlaufbahn kann sich nur auf dem Äquator der Erde befinden, der auf 0° geografischer Breite liegt.
F: Welche Vorteile bieten geostationäre Orbits für die Satellitenkommunikation und -beobachtung?
A: Geostationäre Umlaufbahnen bieten eine kontinuierliche und gleichmäßige Abdeckung eines bestimmten Gebietes auf der Erde, so dass eine ständige Kommunikation und Beobachtung möglich ist, ohne dass die Position des Satelliten ständig angepasst werden muss.
