天上绕着地球转的"人造星星",就是人造卫星——用火箭送上去、在天上替人干活的机器。你的手机导航、每天的天气预报云图、跨洋的电视转播,背后都是它在干活。

先分清一个词:月亮也叫卫星,那是"天然卫星",本来就在天上;人造卫星多出的"人造"两个字,说的就是它是人造出来、人送上去的。
它不会掉下来,不是因为飞得高
很多人以为:卫星飞那么高,早就没有地球引力了,所以不掉。这恰恰说反了。月球比近地轨道卫星远得多,还被地球引力拽着转了几十亿年,何况区区几百公里高的卫星?
卫星不掉的真正原因是:它横着飞得足够快,一直在"落向地面",却永远落不着。
牛顿当年用一个想象把这事说透了。你平时扔石头就有经验:水平扔出去,使的劲越大,石头飞得越远才落地。牛顿把这个经验推到极限——先忽略空气阻力和地形,想象在一座高山顶上架一门大炮,水平朝前开炮:
- 炮弹飞出一小段,划道弧线,落地了;
- 加大火药,炮弹飞得更远,落点也更远;
- 一路加到大约每秒 7.9 公里(这个速度有个名字,叫"第一宇宙速度"),事情变了:炮弹照样在往下落,可地球是圆的,它脚下的地面也在以同样快的速度"往后弯"——它落多快,地面就弯多快,于是永远追不上地面,只能绕着地球一圈一圈地转。
到这一步,炮弹就成了卫星。这个"一直在落、就是落不着"的状态,就叫在轨道上。而且轨道上几乎没有空气阻力,卫星靠惯性就能一直转,不需要发动机一直推着走——不然再多燃料也不够烧。
横着飞得够快,就能一直绕着落
理想运动示意:忽略空气和地形;箭头分别表示速度和引力方向。
明明有引力,宇航员为什么飘着
既然卫星上有引力,空间站里的宇航员怎么会飘在半空?
答案是:不是没引力,是人和飞船一起在往下落。 几百公里高的低轨道上,地球引力大约还有地面的八九成,一点不弱。但飞船在"下落",舱里的宇航员、水杯、笔也都在以同样的节奏"下落"——人脚下的地板自己也在落,人和地板之间没有了你托我、我压你的那股劲,人就飘起来了。你坐跳楼机往下坠的那一瞬间,屁股离开座位,就是同一个道理的放大版。
所以失重的准确说法是"一起下落带来的飘浮感",不是"那里没有引力"。
轨道有高有低,各干各的活
卫星不是都挤在一个高度上,高矮不同,分工也不同:
轨道高度不同,工作也不同
以常见轨道举例,不是全部卫星的分类;圆圈间距不按比例。
- 低轨道(几百公里高):离地面近,看得清楚。空间站、对地拍照的遥感卫星多在这一层,转一圈大约一个半小时。
- 中间层(约两万公里高):导航卫星的家。你手机定位用的那些卫星就在这一层,许多颗组网排开,保证你在哪都能同时"看"到好几颗。
- 静止轨道(约 3.6 万公里高):卫星在赤道上方的圆轨道上,朝着与地球自转相同的方向转,一圈差不多正好一天,和地球自转同步,从地面上看它像钉在赤道上空不动——电视转播、气象卫星最爱这一层,因为地面天线对准一次就不用再挪。
卫星也有寿命。报废的卫星不会自己消失,有些会再入大气,有些仍留在轨道上,成了太空垃圾的一部分——那是另一个话题了。
第一颗人造卫星,只会"嘀嘀嘀"
1957 年,苏联把人类第一颗人造卫星送上了天,叫"斯普特尼克 1 号"。它简单得超乎想象:一个直径不到 60 厘米的铝球,拖着四根天线,重八十多公斤,没有相机等复杂载荷,主要一遍又一遍地发"嘀嘀"的无线电信号。
这些信号还反映球内温度和压力状态,轨道观测能帮助研究高层大气。就这几声"嘀嘀",世界各地用合适的无线电接收设备都能收到——等于向所有人宣布:人真的把东西送上了天,而且它没有掉下来。从那以后,通信、导航、气象、拍照各类卫星陆陆续续挤满了近地空间,成了今天生活离不开的一圈"隐形基础设施"。