उपग्रह जैसी वस्तुएँ बाहरी अंतरिक्ष में तैरे बिना पृथ्वी के चारों ओर 'कक्षा' में कैसे रहती हैं? क्या 'कक्षा' पृथ्वी से कुछ विशिष्ट दूरी पर प्राप्त की जाती है?
जवाब
गुरुत्वाकर्षण अंतरिक्ष में वस्तुओं पर वैसे ही काम करता है जैसे यह जमीन पर वस्तुओं पर करता है, लेकिन जैसे-जैसे आप आगे और दूर जाते हैं यह धीरे-धीरे कमजोर होता जाता है। वस्तुओं को पृथ्वी पर वापस गिरने से बचाने के लिए कक्षा में रहना आवश्यक है!
यहां सामान्य विचार प्रयोग है जो भौतिकी को प्रदर्शित करता है। एक गेंद लें और इसे बिल्कुल क्षैतिज रूप से फेंकें। यह कुछ दूरी तय कर लेता है लेकिन तुरंत गुरुत्वाकर्षण पकड़ लेता है और गेंद पृथ्वी की ओर तब तक तेज हो जाती है जब तक वह जमीन से नहीं टकराती। यदि आप ऐसा दोबारा करते हैं लेकिन जितना जोर से फेंक सकते हैं फेंकते हैं, तो गेंद जमीन के ऊपर चली जाएगी लेकिन फिर भी वापस जमीन पर खिंच जाएगी। जैसे-जैसे आप तेजी से और तेजी से फेंकते हैं (उदाहरण के लिए गेंद के बजाय बंदूक का उपयोग करें), वस्तु जमीन के ऊपर तक चली जाती है लेकिन फिर भी अंततः पृथ्वी पर वापस आ जाती है। तो क्या होगा जब गति बढ़ती रहेगी? अंततः पृथ्वी की वक्रता के कारण वस्तु के नीचे से ज़मीन खिसकने लगती है, और गुरुत्वाकर्षण हमेशा वस्तु को पृथ्वी के केंद्र की ओर खींचता है, इसलिए वह घुमावदार पथ पर चलती रहती है। जब वस्तु लगभग 17,000 मील प्रति घंटे की गति से चल रही होती है, तो वस्तु जितनी तेजी से उसकी ओर गिरती है, जमीन उतनी ही तेजी से वस्तु के नीचे से गिरती है, और यह चारों ओर एक पूरा चक्कर लगाएगी और वापस वहीं आ जाएगी जहां से शुरू हुई थी! जैसा कि लोग कहते हैं, आप अभी भी गिर रहे हैं, आप बस जमीन से चूकते जा रहे हैं।
अब, निस्संदेह, समस्या यह है कि वायु प्रतिरोध पृथ्वी के वायुमंडल के भीतर ऐसा करना असंभव बना देता है - जब आप एक स्थिर गति बनाए रखना चाहते हैं तो यह वस्तु को धीमा कर देता है। तो वास्तव में कक्षा में सक्षम होने के लिए, हमें उस ऊंचाई पर भी चढ़ना होगा जहां वायुमंडलीय खिंचाव अब कोई कारक नहीं है - जो लगभग 100 किमी ऊंचा है। एक बार जब आप इतनी ऊंचाई पर पहुंच जाते हैं, जब तक आप आवश्यक कक्षीय वेग तक नहीं पहुंच जाते, तब तक आप अपने इंजन बंद कर सकते हैं और पृथ्वी के चारों ओर फ्री-फॉल कर सकते हैं - लगातार गिर रहे हैं, लेकिन कभी टकरा नहीं रहे हैं। यही कारण है कि ऐसा प्रतीत होता है कि अंतरिक्ष यान में कोई गुरुत्वाकर्षण नहीं है - सब कुछ मुक्त रूप से गिर रहा है, जहाज और अंतरिक्ष यात्री - लेकिन वे वास्तव में गुरुत्वाकर्षण के कारण पृथ्वी की ओर गिर रहे हैं, लेकिन एक दूसरे के संबंध में बिल्कुल उसी दर पर।
बाहरी अंतरिक्ष में चले जाने और कभी भी पृथ्वी पर वापस न गिरने (या कक्षा में बने रहने) के लिए, आपको एक उच्च गति (पलायन वेग) तक पहुंचने की आवश्यकता है जहां आपकी कक्षीय ऊंचाई पृथ्वी की तुलना में तेजी से बढ़ती रहे, उसे वापस खींच सके, और फिर आप अंततः पृथ्वी के गुरुत्वाकर्षण से मुक्त हो सकता है, जो आपके दूर जाने पर कम होता जाएगा।
उपग्रह उसी तंत्र द्वारा दूर नहीं तैरते जिस तंत्र से आप नहीं... हम प्रभाव को "गुरुत्वाकर्षण" कहते हैं।
एक गेंद जिसे आप ऊपर की ओर फेंकते हैं वह वापस नीचे आती है... क्योंकि वह इतनी तेजी से नहीं जा रही है कि दूर जा सके।
एक गति है जिससे आप इसे फेंक सकते हैं इसलिए यह दूर चला जाएगा।
आप क्या सोचते हैं यदि आप गेंद को उड़ने और लौटने के बीच बिल्कुल क्रॉसओवर गति से फेंकें तो क्या होगा?
यह एक प्रकार से ऐसी जगह है जहां उपग्रह रहते हैं।
हम उपग्रह को बग़ल में फेंककर भी इसे पूरा करते हैं... जितना ज़ोर से आप गेंद को बग़ल में फेंकते हैं, वह ज़मीन से टकराने से पहले उतनी ही दूर चली जाती है। स्पष्ट है ना?
पृथ्वी गोल है... इसलिए इसे इतनी जोर से फेंकना संभव है कि गेंद पृथ्वी के चारों ओर घूम जाए। बिना वायु घर्षण के, यह आसान है।
इसे इतनी जोर से फेंका जा सकता था कि गेंद जमीन पर गिरने से पहले कई बार पृथ्वी का चक्कर लगाती।
इसे बहुत जोर से फेंको और यह पृथ्वी से दूर जाने लगता है।
बिल्कुल सही, और यह बस गोल-गोल घूमता रहता है... बिना किसी वायु प्रतिरोध के, हमेशा के लिए।
तो परिक्रमा करने के लिए, आपको कम वायु प्रतिरोध की आवश्यकता होती है... लेकिन, सिद्धांत रूप में, एक उपग्रह किसी भी दूरी पर परिक्रमा कर सकता है यदि वह छोटा है।