Orbita geostazionaria
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Un'orbita geostazionaria è un' orbita circolare e equatoriale, situata ad una altezza tale che il periodo di rivoluzione di un satellite che la percorre coincide con il periodo di rotazione della Terra. È un caso particolare di orbita geosincrona.
Tale orbita viene definita geostazionaria in quanto per un osservatore a terra, il satellite appare fermo in cielo, sospeso sempre al di sopra del medesimo punto dell'equatore.
Per pianeti diversi dalla Terra, tale orbita è anche detta isosincrona. Non per tutti i pianeti è possibile che vi sia un'orbita stazionaria, in quanto la loro velocità di rotazione può essere tale da richiedere che il satellite stia in un'orbita troppo vicina oppure troppo lontana per essere stabile.
Nel caso della Terra, il satellite deve percorrere l'orbita in un tempo uguale al giorno siderale, Trot = 23 h 56 min 4,09 sec = 86164,09 sec.
Il raggio di tale orbita può essere determinato mediante la terza legge di Keplero
![r_{geos} =\sqrt [3] {\frac {G M T_{rot}^2} {4 \pi^2}} = 42.168 \, km](../../../math/c/c/f/ccf310bd8d36ef6b5051c71a9d37536e.png)
essendo G = 6.672 × 10-11 N (m/kg)² la costante di gravitazione universale e M = 5.9 × 1024 kg la massa della terra. La formula precedente può essere utilizzata per determinare il raggio dell'orbita isosincrona per ogni corpo celeste, inserendo gli opportuni valori di M e Trot.
L'orbita geostazionaria ha quindi un raggio di 42.168 chilometri, pari a circa 6,6 raggi terrestri. Poiché il raggio dell'orbita si misura a partire dal centro del pianeta, l'orbita geostazionaria si trova a circa 35.790 chilometri sopra la superficie terrestre.
Un satellite posto in tale orbita può osservare quasi un intero emisfero terrestre, poiché l'ampiezza del suo orizzonte equivale ad un cerchio con un diametro di circa 18.000 chilometri, che è sempre centrato sull'equatore. Questa dimensione corrisponde a 81,4 gradi di latitudine o longitudine in ogni direzione.
L'orbita geostazionaria è molto ambita per una quantità di satelliti artificiali: telecomunicazioni, previsioni del tempo, satelliti spia. Tale è l'affollamento che l'orbita è suddivisa in pezzetti dei quali si tiene il conto di quelli rimasti liberi ed occupati, e da alcuni anni un satellite deve lasciare libero il posto alla fine della sua vita operativa, spostandosi su un'orbita più alta o più bassa.
Il motivo per cui un satellite in orbita geostazionaria deve trovarsi a circa 36.000 km di quota è che un satellite non è dotato di motori in grado di vincere la forza di attrazione gravitazionale terrestre: per restare in orbita, un satellite deve avere una accelerazione centrifuga esattamente pari all'accelerazione di gravità a cui è soggetto; più il satellite si trova vicino alla Terra, più alta è l'accelerazione di gravità cui è soggetto, e quindi più alta è la velocità con cui deve ruotare intorno alla Terra per vincerla (in quanto l'accelerazione centrifuga dipende dalla velocità) e non precipitare.
Alla quota di 35790 km, le due accelerazioni coincidono se il satellite si muove esattamente a 3 km/sec, pari a 11000 km/h ; andando a questa velocità, il satellite impiegherà esattamente 23 ore 56 minuti e 4 secondi per girare intorno alla Terra, e quindi per un osservatore a terra sarà come se il satellite fosse fermo sopra di lui: di qui l'espressione "geostazionaria" riferita all'orbita.
