GEOSTATIONÆR SATELLIT. Billedet viser den geostationære satellit GOES-S, som står for Geostationary Operational Environmental Satellite-S. GOES-S overvåger vejret på Jorden. Den er opsendt af National Oceanic and Atmospheric Administration, NOAA i USA. (Illustration: Lockeed Martin).

Satellitterne hjælper os med at se verden fra oven

Vejrbilleder, internet, tv og GPS-navigation er blot nogle af de ting, som afhænger af satellitterne over vores hoveder. I dag er satellitter så nødvendige for vores liv, at vi normalt ikke skænker dem en tanke, før de stopper med at virke. Og vi tænker sjældent over hvor meget teknologi, der kredser rundt om Jorden for at holde styr på det hele.

Man sender typisk flere satellitter op på én gang med samme raket. Når raketten kommer op i en bestemt højde, slippes satellitterne ud.

Satellitter kredser i forskellige baner

Satellitter kredser typisk i fire banetyper, som har forskellig højde over Jorden:

  • Baner tæt på Jorden ligger typisk 300-800 km over Jordens overflade. De bruges især til jordobservation. Spionsatellitter bruger også disse baner.
  • Mellemhøje baner ligger omkring 20.000 km over Jordens overflade. De bruges mest til kommunikations- og navigationssatellitter.
  • Geostationære baner ligger cirka 36.000 km over ækvator. De følges ad med Jordens rotation og ligger i det samme punkt set hernede fra Jorden. De bruges til telekommunikation som fx tv-signaler og til indsamling af vejrdata.
  • Baner langt fra Jorden ligger uden for de geostationære baner. De observerer blandt andet Solen, rumvejret, stjerner og galakser.
  • Satellitter i såkaldte Lagrangepunkter, hvor de kredser om Solen sammen med Jorden og hele tiden har samme position til Jorden.
SATELLITTER. Satellitter i kredsløb om Jorden. (Illustration: ESA).
HUBBLE TELESKOPET. Rumteleskopet Hubble kredser om Jorden, hvor det blandt andet tager billeder af galakser og stjerner langt ude i rummet. Teleskopets placering i rummet gør, at det kan tage billeder, der kan konkurrere med de store jordiske teleskoper, selv om det er noget mindre. Billedet er af spiralgalaksen, UGC 1810, som befinder sig 300 mio. lysår væk fra Jorden. (Foto: NASA/ESA/STScI/AURA).

Der er forskellige slags satellitter

  • Vejrsatellitter har typisk kameraer, så de kan tage billeder, som sendes til Jorden. De er placeret i de geostationære baner.
  • Kommunikationssatellitter bruges blandt andet til transmission af TV-signaler, internetforbindelser og telefonforbindelser.
  • Jordobservations- og klimaforskningssatellitter overvåger blandt andet vejret, naturkatastrofer, klimaforandringer, skove, ørkener og landbrug. Nogle bruger infrarøde kameraer, så de kan se varmeudvikling fra for eksempel skovbrande.
  • Rumteleskoper fanger signaler fra rummet for at give os viden om blandt andet universets oprindelse, og hvor vi selv kommer fra. Det er for eksempel Rumteleskopet Hubble, som kredser om Jorden og James Webb, som skal opsendes til et Lagrange punkt, hvor det kredser om Solen sammen med Jorden.
  • Interplanetariske satellitter rejser blandt andet til de forskellige planeter og måner i Solsystemet. Dem kalder vi også for rumsonder.
  • Militærsatellitter overvåger atomvåben og flytning af tropper. De bruges også til aflytning og til at tage fotos af militære anlæg.
  • Små satellitter findes i forskelige vægtklasser, og de vejer typisk under 180 kg. Et eksempel er nanosatellitterne Cubesats, der blandt andet fremstilles af det danske firma GomSpace. Disse satellitter måler 10 x 10 x 10 cm og vejer under 10 kg. I dag kan man fremstille satellitter, der vejer endnu mindre.

Det flyder med rum-skrot rundt om Jorden

Ud over de aktive satellitter kredser der enorme mængder rumskrot rundt om Jorden. Det er blandt andet resterne fra gamle satellitter, der ikke virker mere.

Man vurderer, at der kredser mange millioner stumper affald hvoraf 34.000 er større end 10 cm, 900.000 er 1-10 cm og 128 mio. stumper er 1mm - 1cm. Dette rum-skrot bevæger sig med stor hastighed og er farligt, hvis det for eksempel rammer satellitter eller Den Internationale Rumstation.

Der ligger også en lag af raketbrændstof, kølevæske og overflademaling, som danner et støvlag i de jordnære baner. Det slider på teleskopernes spejle og solpaneler, så deres holdbarhed bliver kortere. Større satellitter som for eksempel ESAs jordobservationssatellit, Sentinel, holder typisk 7 år. Nano-satellitter overlever kun få år.

I dag er der aftaler om, at man så vidt muligt konstruerer rumudstyr, så det efter brug kan styres ned i Jordens atmosfære. Her kan det så brænde op uden at gøre skade.

De mange satellitter der kredser rundt om Jorden er truet af en stigende mængde rumskrot, som også kredser rundt om Jorden. (Illustration: ESA).
ALPHASAT. Alphasat er en af ESAs store kommunikationssatellitter. (Illustration: ESA - J. Huart).

Satellit-telefoni

Hvis du taler i telefon med en ven i USA eller et andet sted i verden, bliver samtalen typisk sendt via satellit. Det foregår ved, at der står en stor parabolantenne i hvert land, som begge har radioforbindelse til satellitten.

Når du taler, bliver signalet sendt hen til afsenderparabol og videre ud i rummet, hvor satellitten modtager signalet, Herefter sender satellitten signalet tilbage til en modtagerparabol på Jorden. Herfra bliver samtalen så sendt videre ud til den, du taler med over de almindelige telefonledninger.

Satellit-tv minder på mange måde om satellit-telefoni. Her er der bare kun én, der sender og mange, der ”lytter”.

Derfor er der forsinkelser på udlandssamtaler

Du kan let høre, hvis din samtale bliver ført via satellit. Så er der nemlig en lille forsinkelse på lyden. Det er fordi, radiosignaler bevæger sig med lysets hastighed. Måske er den direkte afstand mellem dig, og den du taler med, for eksempel  8.000 km. Men de fleste kommunikations-satellitter kredser 36.000 km over Jorden. Og signalet skal både op til satellitten og ned igen. Signalet skal altså rejse 2 x 36.000 = 72.000 km.

Lys og radiosignaler bevæger sig med 300.000 km pr. sekund. De 72.000 km som signalet skal rejse giver altså en forsinkelse på: 72.000 km / 300.000 km/s = 240 ms (240 tusindedele sekund) eller cirka et kvart sekund. Og det er nok til, at din høresans og hjerne registrerer det.

GPS. GPS er en forkortelse for Global Positioning System. GPS systemet er et amerikansk system, som er baseret på mere end 30 satellitter, der hele tiden kredser rundt om Jorden. Der findes også et russisk system og et europæisk system. Det europæiske hedder Galileo, og det er et samarbejde mellem ESA og EU. Billedet viser Galileo. (Illustration: ESA - J. Huart).

Der skal flere satellitter til at måle din position

Når du finder vej på din mobiltelefon, bruger du GPS systemet. GPS står for Global Positioning System.

Satellitterne sender signaler til mod Jorden. Det er radiosignaler, som bevæger sig med lysets hastighed på 300.000 km/sekund. Hvert signal fortæller, hvilken satellit signalet kommer fra, hvor satellitten befinder sig, og hvornår signalet blev afsendt. Signalerne bliver sendt til en modtager i din telefon. Din telefon kan nu beregne afstanden til forskellige satellitter. Det gør den ud fra, hvor lang tid det tog for signalet at komme ned til din telefon. Lad os for eksempel sige, at det tog 0,07 sekunder for signalet at komme fra satellitten til din telefon. Det betyder at afstanden er 300.000 km x 0,07 = 21.000 km.

Der skal mindst fire satellitter til at måle din position

Din telefon eller din GPS i bilen skal bruge signaler fra mindst fire satellitter for at kunne beregne din position. Vi ved både hvor satellitterne er, og hvor langt de hver især er fra din modtager. Og når din modtager kender afstanden til fire satellitter, kan du kun være et bestemt sted på Jorden, hvor disse fire forskellige afstande passer sammen. Den fjerde afstand til satellitten måler din højde over jordoverfladen. 

 

SATELLITNAVIGATION. Der skal mindst fire satellitter til at måle din position på Jorden. (Illustration ESA).
Illustrationen viser nogle af de europæiske satellitter der observerer Jorden fra rummet. (Illustration: ESA - P.Carril).

Meget afhænger af øjnene der ser

Hvis du har været oppe at flyve, ved du, hvilket fantastisk overblik det giver, at være højt over Jordens overflade. Kredsløb omkring Jorden er den ultimative udsigtsplatform, og en stor del af de satellitter, der kredser om vores planet, er netop bygget til at holde øje med jordoverfladen. En jordobservationssatellit er i virkeligheden et svævende kamera, som sender dets billeder ned til Jorden.

På den måde kan vi holde øje med skydækket og tage nærbilleder af byer og skove. - alene ved at kigge på de bølgelængder, som det menneskelige øje kan opfange. Satellitterne observerer Jorden med både synligt lys og lys med andre bølgerlængder, som øjet ikke kan se. Det gør satellitterne endnu mere nyttige. Nogle sensorer kan for eksempel opfange hvor meget ilt, der er i havet, andre sensorer kan opfange temperaturer og spotte skovbrande eller smeltning af havis i Arktis.

Lys og bølgelængder 

Alting udsender og reflekterer lys, men det kan være på meget forskellige bølgelængder. Det udnytter vi ved at udstyre satellitterne med de rigtige ”øjne” – det vil sige kameraer eller sensorer, der kan fange det lys, som forskellige ting udsender.

Det synlige lys er blot en lille del af alt det, vi kalder lys. Det er lys med bølgelængder på mellem 380 og 750 nanometer. Der er både bølgelængder der er kortere og længere end det synlige lys. Jo kortere bølgelængden er, jo mere energi udsender det. Og jo mere energi det udsender, jo farligere er det. Røntgenstråling er for eksempel farlig, fordi det er kortbølget stråling, som er meget energi-rig. Radiobølger er for eksempel ufarlige, fordi de langbølgende, og derfor rummer de ikke så meget energi.

LYS OG ELEKTROMAGNETISKE BØLGER. Det lys, vi mennesker kan se, kalder vi for synligt lys. Det synlige lys er også elektromagnetisk stråling. Det udgør bare en lille del af et stort spektrum med elektromagnetisk stråling med forskellige bølgelængder og frekvenser. Illustrationen viser hele det elektromagnetiske spektrum. (Illustration: NASA).

Vi observerer Jorden aktivt og passivt

Vi opdeler jordobservationssatellitter i to kategorier: de passive og de aktive.

Passiv observation fungerer ligesom øjet. De passive satellitter har et kamera, der modtager lys fra forskellige kilder. De kan kun se det, som bliver udstrålet fra Jorden.

Ved aktiv observation sender satellitten selv et signal ned mod Jorden. Det kan være et radar- eller lasersignal. Signaler reflekteres fra for eksempel Jordens eller havisens overflade. Og ved at måle hvor hurtigt signalet kommer tilbage til satellitten, kan den nu beregne hvor høj havisen er, eller hvor hurtigt et isbjerg bevæger sig.

 

 

 

AKTIV OG PASSIV OBSERVATION. NASA har et instrument, som observerer fugtigheden i jordens overflade. Instrumentet hedder SMAP, og det står for Soil Moisture Active Passive. Instrumentet kan både observere passivt ved at måle signaler som Jorden udsender af sig selv. Og det kan måle Jordens fugtighed ved at sende signaler ned mod jordoverfladen og registrere, hvordan disse signaler bliver sendt tilbage til instrumentet fra Jorden. (Illustration: NASA/JPL-Caltech).

Et smart kredsløb

Hvis vi gerne vil tage billeder af hele Jordens overflade, kan vi udnytte, at planeten drejer rundt. Her kan man bruge en satellit, der er i et polar-kredsløb. Her bevæger satellitten sig rundt om Jorden fra pol til pol og på tværs af Jordens rotationsretning.

Hver gang satellitten kommer tilbage på samme sted, har Jorden drejet sig en smule, og nu kan den tage et billede af et nyt område af Jorden. På den måde kan vi på et døgn affotografere hele Jorden – stribe for stribe. 

 

 

 

Animationen viser satellitter i forskellige kredsløb. En satellit i polarkredsløb kan opmåle hele Jorden – bid for bid. (Animation: NOAA/NASA).