大氣對衛星運行移動的阻力

趙孔儒

2010年3月

當衛星的軌道低得足以被地球大氣阻力影響時，衛星會減速。一個環繞地球的低軌道衛星，經常要放置在略高於地球大氣層的軌道上﹙圖1﹚，那處幾乎沒有空氣阻礙衛星移動和降低它的速度。例如，哈勃太空望遠鏡（HST）在一個週期為 97分鐘和離地面高度610 公里的低空軌道運行。

圖1︰低軌道衛星的軌道（圖中物件並不依比例）

太陽黑子第24個週期已經在2010年1月開始，太陽活動將逐漸增加。當激烈的太陽活動把強烈的太陽風帶到地球時，地球的上層大氣會變熱升溫膨脹擴大，將一些在低軌道運行的地球衛星包圍住（圖2），對衛星的運動產生較大摩擦阻力。

圖2︰激烈的太陽活動使地球的大氣膨脹（圖中大氣層被誇大以便於說明）

阻力將減低衛星在軌道上的速度，使它離開軌道，並且在地球引力作用下下墜，降低高度，最終在返回地球的旅途中，墮落在大氣層內燒掉。如果衛星有足夠燃料，可提前重新啟動引擎推進，提升高度，以保持它的運行軌道，延長它的工作期限。

此外，在更低層的大氣裡，除太陽活動以外，空氣密度和組成，也依當地的時間日夜變更。科學家發現在大氣層內，高度低於200 公里的大氣，密度在夜間較高。因此，運行在非常低軌道的衛星，夜間將會遇到更大的大氣摩擦阻力。

參考資料：
[1] "這連結會以新視窗打開。Satellite Drag and the Hubble Space Telescope", NASA.
[2] "An Upper Atmospheric Model for Solar Minimum Conditions", by V.P. Bhatnagar and A.P. Mitra, Journal of the Atmospheric Sciences, Volume 23, Issue 2 (March 1966) pp. 233244.
[3] "這連結會以新視窗打開。Solar Cycle 24 Begins", NASA.

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