अंतर्राष्ट्रीय अंतरिक्ष स्टेशन (आईएसएस) हमारे सिर के ऊपर कक्षा में घूमता है, फिर भी पृथ्वी के गुरुत्वाकर्षण का खिंचाव कभी भी परिसर को कक्षा से बाहर नहीं खींचता है और इसे हमारे वायुमंडल के माध्यम से नीचे गिरा देता है, जहां यह जल जाएगा।
यहाँ एक छोटा सा रहस्य है: आईएसएस हमेशा गिर रहा है! फिर भी यह कभी क्रैश नहीं होता धरती या हमारे वायुमंडल में जल जाता है। यह कैसे संभव है?
यह चमत्कारी लगता है, लेकिन यह कोई विरोधाभास या जादू नहीं है, बस अच्छे पुराने जमाने की भौतिकी का परिणाम है। यह सब नीचे आता है अंतरराष्ट्रीय अंतरिक्ष स्टेशनइसकी कक्षीय गति, जमीन से इसकी ऊंचाई और इसके नीचे गिरने की दर गुरुत्वाकर्षण.
आईएसएस को कक्षा में बनाए रखने के पीछे का विज्ञान और गणित गुरुत्वाकर्षण सिद्धांत के जनक, 17वीं सदी के अंग्रेजी वैज्ञानिक तक जाता है। सर आइजैक न्यूटन. प्रसिद्ध रूप से क्रोधी, न्यूटन ने संभवतः गुरुत्वाकर्षण के अपने सिद्धांत को एक पेड़ के नीचे बैठकर और दिवास्वप्न देखकर नहीं बनाया था, जबकि एक सेब उसके सिर पर गिर गया था, जैसा कि पुरानी कहानी है। लेकिन उसने सेब, पत्तियां और अन्य चीजें गिरते हुए देखी होंगी और सोचा होगा कि उन्होंने ऐसा क्यों किया।
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आरंभ करने के लिए, आइए उस अप्रामाणिक गिरते सेब के बारे में सोचें। जब यह एक शाखा पर लटका होता है, तो यह स्थिर होता है, इसलिए जब यह गिरता है, तो गुरुत्वाकर्षण इसे सीधे नीचे खींचता है। हालाँकि, मान लीजिए कि आप गिरे हुए सेब को उठाते हैं और फिर उसे गेंद की तरह फेंक देते हैं। सेब सीधा नीचे नहीं गिरता जैसा वह स्थिर अवस्था में गिरता था; अब इसकी क्षैतिज गति गुरुत्वाकर्षण के विरुद्ध प्रतिस्पर्धा कर रही है, और यह जमीन की ओर एक वक्र का अनुसरण करती है।
न्यूटन ने एक तोप के गोले की सादृश्यता का उपयोग किया, जिसे क्षैतिज रूप से दागा गया, और उसी वक्र के साथ वापस जमीन पर गिरा दिया गया। इस वक्र का आकार और आकार तोप के गोले के वेग और वायु प्रतिरोध की मात्रा पर निर्भर करता है। तोप का गोला जितना तेज़ होगा और हवा का प्रतिरोध जितना कम होगा, तोप का गोला उतनी ही अधिक दूरी तय करेगा और तोप का गोला ज़मीन पर वापस आने वाले वक्र का कोण उतना ही कम होगा।
तो न्यूटन ने सिद्धांत दिया कि, यदि एक तोप का गोला किसी ऊँचे पर्वत शिखर से क्षैतिज रूप से दागा जाए जहाँ हवा पतली हो, और पर्याप्त वेग के साथ, तो गुरुत्वाकर्षण के तहत नीचे की ओर तोप के गोले का वक्र पृथ्वी की वक्रता से मेल खाएगा। यह इस वक्र का अनुसरण करते हुए, ऊंचाई खोए बिना गिरता रहेगा क्योंकि ग्रह उसी समय इससे दूर जा रहा होगा। वैज्ञानिक किसी वस्तु को ऐसे घुमावदार पथ पर चलते रहने के लिए उस पर लगने वाले बल को सेंट्रिपेटल बल कहते हैं, जो हमेशा वक्रता के केंद्र की ओर निर्देशित होता है।
ऊंचाई और वेग
आईएसएस को हमारे सिर के ऊपर खुशी-खुशी परिक्रमा करने के पीछे यही आधार है। यह पृथ्वी के केंद्र की ओर निर्देशित सेंट्रिपेटल बल और पृथ्वी के गुरुत्वाकर्षण बल के बीच एक संतुलन है जो लगातार आईएसएस को अपने घुमावदार पथ के चारों ओर गुरुत्वाकर्षण त्वरण से गुजरने का कारण बनता है। जिस दर से आईएसएस अपने घुमावदार पथ का अनुसरण करते हुए गिरता है, वह दर उस दर के बराबर होती है जिस दर से पृथ्वी की घुमावदार सतह इसके नीचे गिरती है।
यह संतुलन ऊंचाई और कक्षीय वेग के कुछ संयोजनों के साथ हासिल किया जाता है। आईएसएस लगभग 402 किलोमीटर या 250 मील की ऊंचाई पर परिक्रमा करता है (हम जल्द ही बताएंगे कि हम इसे “लगभग” के रूप में क्यों वर्णित करते हैं) और 7.6 किलोमीटर (4.7 मील) प्रति सेकंड की गति से यात्रा कर रहा है, जो इस ऊंचाई पर आवश्यक वेग है ताकि पृथ्वी की वक्रता से मेल खाने वाले पथ का अनुसरण जारी रखा जा सके। यदि आईएसएस अधिक ऊंचाई पर पृथ्वी की परिक्रमा कर रहा होता, तो इसके गिरने की वक्रता की दर को बनाए रखने के लिए इसे इतनी तेजी से यात्रा करने की आवश्यकता नहीं होती। यदि आईएसएस कम ऊंचाई पर होता, तो गिरने से बचने के लिए इसे तेजी से यात्रा करनी होती पृथ्वी का वायुमंडल और जल रहा है.
हालाँकि, कुछ जटिलताएँ हैं, जिसका अर्थ है कि आईएसएस को अनिश्चित काल तक उसके हाल पर नहीं छोड़ा जा सकता है – अंततः यह वायुमंडल के माध्यम से वापस दुर्घटनाग्रस्त हो जाएगा और जल जाएगा यदि हमने हस्तक्षेप नहीं किया। ऐसा इसलिए है, क्योंकि सतह से 402 किलोमीटर ऊपर होने पर भी, आईएसएस अभी भी पृथ्वी के वायुमंडल के भीतर है, यद्यपि वायुमंडल के बहुत पतले हिस्से में जिसे थर्मोस्फीयर कहा जाता है। थर्मोस्फीयर का घनत्व बहुत कम है, जिसका अर्थ है कि वायुमंडलीय अणु दुर्लभ हैं, लेकिन आईएसएस की गति का विरोध करने और इसे धीमा करने के लिए पर्याप्त खिंचाव बनाने के लिए अभी भी पर्याप्त है। इसके परिणामस्वरूप अंतरिक्ष स्टेशन की गति लगभग 5 सेंटीमीटर (2 इंच) प्रति सेकंड कम हो जाती है, जिससे यह हर दिन पृथ्वी की सतह से लगभग 100 मीटर (328 फीट) की ऊंचाई खो देता है।
इसीलिए हमने कहा कि आईएसएस की कक्षीय ऊंचाई “लगभग” 402 किलोमीटर है, क्योंकि यह लगातार ऊंचाई खो रही है। हर महीने या इसके बाद, आईएसएस को इसे अपनी इच्छित कक्षीय ऊंचाई तक वापस धकेलने के लिए अपने थ्रस्टर्स को फायर करना पड़ता है। यदि आईएसएस के पास अपनी कक्षा को ऊपर उठाने का कोई तरीका नहीं होता, तो यह अंततः वायुमंडल में गहराई तक गिर जाता और अंततः एक विशाल वस्तु की तरह जल जाता। उल्का.
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आख़िरकार आईएसएस क्यों जल जाएगा?
हालाँकि, एक दिन हमें आईएसएस को छोड़ने के लिए मजबूर होना पड़ेगा – और यह दिन अपेक्षाकृत जल्द ही आने वाला है। अंतरिक्ष स्टेशन पर निर्माण 1998 में शुरू हुआ, और आईएसएस के सबसे पुराने हिस्से अब एक चौथाई सदी से अधिक पुराने हैं और बढ़ती उम्र के साथ थोड़ा चरमराने लगे हैं। कुछ ही वर्षों में, आईएसएस की उपयोगिता समाप्त हो जाएगी, और एक बार जब इसे छोड़ दिया जाएगा तो इसे उचित ऊंचाई पर रखने के लिए कुछ भी नहीं होगा।
आईएसएस का विशाल आकार, जो 109 मीटर (358 फीट) लंबा और 73 मीटर (239 फीट) चौड़ा है, का मतलब है कि इसे अपने आप वायुमंडल में वापस गिरने की अनुमति देना बहुत खतरनाक है: हालांकि इसका अधिकांश भाग जल जाएगा , आईएसएस मलबे के महत्वपूर्ण टुकड़े पूरे देश में, संभवतः किसी आबादी वाले क्षेत्र में बरस सकते हैं।
तो योजना आईएसएस के लिए है जानबूझकर विकृत किया गया 2031 में प्रशांत महासागर के एक सुदूर क्षेत्र पर जिसे “अंतरिक्ष यान कब्रिस्तान।” ए अंतरिक्ष यान-टग 2030 में लॉन्च होगा और आईएसएस के साथ जुड़ जाएगा। इस समय तक, अंतिम दल आईएसएस छोड़ चुके होंगे और रोशनी बंद कर देंगे। अंतरिक्ष-टग, एक लंगड़ा की तरह आईएसएस पर लगा हुआ, इंतजार करेगा 12 से 18 महीने आईएसएस की ऊंचाई स्वाभाविक रूप से 402 किलोमीटर से घटकर 220 किलोमीटर (140 मील) हो गई। इसके बाद टग अपने इंजनों को चालू करेगा, जिससे आईएसएस को और भी नीचे, 150 किलोमीटर (93 मील) तक धकेल दिया जाएगा। फिर, एक अंतिम इंजन बर्न अंतरिक्ष स्टेशन को मेसोस्फीयर में ले आएगा, जो थर्मोस्फीयर के नीचे पृथ्वी के वायुमंडल की परत है।
मेसोस्फीयर थर्मोस्फीयर की तुलना में सघन है, और यह मेसोस्फीयर में है उल्का अंतरिक्ष से जलना – जब हम टूटते तारे को देखते हैं, तो यह ब्रह्मांडीय धूल का एक कण होता है जो हमारे ऊपर 50 से 80 किलोमीटर (31 और 50 मील) के बीच स्थित मध्यमंडल में जल रहा है। (भी, रात्रिचर, या “रात में चमकने वाले,” बादल गर्मी के महीनों के दौरान मेसोस्फीयर में देखा जाता है।)
मध्यमंडल में गिरने वाली वस्तु और मध्यमंडल में अणुओं के बीच घर्षण के माध्यम से उत्पन्न ऊर्जा के कारण मध्यमंडल में चीजें जल जाती हैं। उल्कापिंड आमतौर पर पूरे जल जाते हैं क्योंकि वे छोटे होते हैं; मेसोस्फीयर से गुजरने और सतह तक पहुंचने के लिए अंतरिक्ष चट्टान के एक बड़े टुकड़े की आवश्यकता होती है उल्कापिंड (और तब भी, इसका अधिकांश भाग जल चुका होगा)।
जैसा कि हमने देखा है, आईएसएस बहुत बड़ा है, और इसके बड़े हिस्से मेसोस्फीयर के माध्यम से गिरने वाली आग से बचे रहेंगे। इसलिए, अंतरिक्ष-टग का काम आईएसएस को प्रशांत महासागर के सबसे दूरस्थ हिस्से में अंतरिक्ष यान कब्रिस्तान के वायुमंडल में प्रवेश करने के लिए प्रेरित करना होगा, जहां कोई भी मलबा जमीन, शिपिंग लेन और विमान की उड़ान से दूर पानी में गिर जाएगा। पथ. आईएसएस का कोई भी टुकड़ा जो वायुमंडलीय पुनः प्रवेश से बच जाता है, समुद्र तल में डूब जाएगा, और फिर कभी नहीं देखा जाएगा।
