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105年
理化、化工裝置
第 52 題
同步衛星是指相對於地面不動的人造衛星。有關同步衛星的敘述，下列何者正確？
- A 高度及軌道速率可任意選擇
- B 只能在赤道的正上方天空繞地球公轉
- C 繞地球的週期等於地球繞太陽的公轉週期
- D 月球恆以同一面向地球，故月球為地球的同步衛星
思路引導 VIP
想像你正站在一個旋轉中的地球儀旁邊，如果你希望手中的一顆小球始終對準地球儀上某個特定城市（例如台北），且這顆小球繞行中心點的運動必須是由引力支撐的圓周運動，那麼小球繞行的「旋轉軸」與地球儀本身的「自轉軸」必須維持什麼樣的關係？它的繞行快慢又該如何配合地球儀轉動的速度呢？
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恭喜你準確地掌握了「同步衛星」的核心定義！這代表你對於物體在旋轉參考系下的運動觀念非常紮實。所謂的同步衛星，關鍵在於它與地球自轉「同步」，這意味著衛星繞行地球一圈的週期 $T$ 必須精確地等於地球的自轉週期（約 24 小時），如此一來，從地面觀看衛星才會像固定在天空中某一點。
軌道力學與赤道面之關係
為什麼只能在赤道正上方呢？這涉及到了向心力的來源。衛星繞行地球的軌道平面必須通過地心，如果衛星不在赤道面上方（例如在北緯 $23.5^\circ$ 上空），雖然它的週期可以維持 24 小時，但其軌道面會與赤道面交錯，導致地面觀察者看到衛星在一天之中會忽南忽北地晃動，無法達成「相對地面不動」的條件。此外，根據萬有引力定律：
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