مدار زمین‌ایستا Geostationary orbit

ماهواره‌ای که در مدار زمین‌ایستا (GEO) قرار گیرد، یک دور کامل به دور زمین را دقیقاً در مدتی برابر با دورهٔ چرخش زمین به دور خود، یعنی حدود ۲۳ ساعت و ۵۶ دقیقه، می‌گردد. چون در همان جهت زمین می‌چرخد و مدارش بر صفحهٔ استوا قرار دارد، برای ناظر زمینی بی‌حرکت به نظر می‌رسد.

چرا ارتفاع این مدار حدود ۳۶ هزار کیلومتر است؟

دورهٔ گردش هر جسم در مدار با فاصله‌اش رابطه دارد. بر پایهٔ قوانین کپلر و گرانش نیوتن، برای دورهٔ حدود یک شبانه‌روز نجومی باید شعاع مدار حدود ۴۲۱۶۴ کیلومتر از مرکز زمین باشد، یعنی حدود ۳۵۷۸۶ کیلومتر بالای سطح دریا. ماهواره‌ای که پایین‌تر باشد سریع‌تر می‌گردد و بالاتر باشد کندتر.

شرط‌های مدار زمین‌ایستا

• مدار باید تقریباً دایره‌ای باشد.
• شیب مدار نسبت به استوا باید نزدیک به صفر باشد.
• جهت گردش باید همان جهت چرخش زمین، از غرب به شرق، باشد.

اگر شیب یا خروج از مرکز صفر نباشد، ماهواره در آسمان کمی به شکل عدد ۸ حرکت می‌کند و به آن مدار زمین‌همگام می‌گویند.

کاربردها

مزیت بزرگ GEO این است که آنتن‌های زمینی را می‌توان به‌طور ثابت به سمت ماهواره نشانه رفت. به همین دلیل بیشتر ماهواره‌های مخابراتی و پخش تلویزیونی و ماهواره‌های هواشناسی در این مدار قرار دارند. یک ماهواره بیش از یک‌سوم سطح زمین را می‌بیند و سه ماهواره می‌توانند تقریباً همهٔ زمین (جز نزدیک قطب‌ها) را پوشش دهند. عیب آن فاصلهٔ زیاد است و سیگنال را حدود ربع ثانیه تأخیر می‌دهد.

آرتور سی. کلارک در سال ۱۹۴۵ پیشنهاد کرد که سه ایستگاه در این مدار می‌تواند شبکهٔ ارتباطی جهانی بسازد، و از آن پس این مدار گاه به نام او هم خوانده شده است. ماهواره‌هایی که به پایان عمر می‌رسند را به مداری کمی بالاتر، «مدار گورستان»، می‌فرستند تا مدار اصلی از زباله‌های فضایی پاک بماند.

پرسش‌های رایج

### مدار زمین‌ایستا چیست؟
مدار زمین‌ایستا مدار دایره‌ای بالای استوا در ارتفاع حدود ۳۵۷۸۶ کیلومتر است که ماهواره در آن همیشه بالای یک نقطهٔ ثابت زمین می‌ماند.

### آیا ماهواره زمین‌ایستا واقعاً بی‌حرکت است؟
نه. ماهواره زمین‌ایستا با سرعت حدود ۳ کیلومتر بر ثانیه به دور زمین می‌گردد؛ ولی چون هم‌زمان با چرخش زمین می‌چرخد، از زمین ثابت دیده می‌شود.

### چرا ماهواره‌های زمین‌ایستا فقط بالای استوا قرار می‌گیرند؟
مرکز مدار هر ماهواره باید مرکز زمین باشد. تنها مدار دایره‌ای واقع در صفحهٔ استوا می‌تواند همیشه بالای یک نقطهٔ ثابت بماند.