地球同步卫星为什么只能在赤道上空

如果在别的地方，万有引力指向地心，万有引力的沿向心力方向和垂直向心力方向分解，提供向心力的分力使卫星圆周运动，垂直向心力方向分力使卫星沿地轴指向地心的方向运动。所以卫星螺旋运动，直到万有引力与向心力方向相同，即在赤道上方，此时卫星能固定在赤道上方。

首先,卫星能够停留在某一高度的原因是它在不停地环绕地球作高速的匀速圆周运动其向心力由引力提供——或者说离心力和引力持平（实际上卫星只受重力，并不存在什么向心力或离心力，后俩力不过是为了表达方便而加上去的） 那么，可见卫星必须时刻绕地球中心运动这样才能保持高度。——注意，一定是绕地球中心运动。并且这个匀速圆周运动的线速度必须保持恒定。 然后，地球是在自转的，卫星要想保持在同一个地区的上空，那么这个地区必须绕地球中心作圆周运动。而地球上只有赤道上的地方才是绕地球中心作圆周运动的。其他地方匀速圆周运动的中心是地轴上的一点而不是地球中心。 于是，为了让一个卫星保持高度，并且在一个地区上方，卫星就必须有恒定的线速度，并且这个线速度相应的角速度必须和这个地区的角速度一致。这个地区必须绕地球中心作匀速圆周运动。那就只有赤道上空了。

首先，卫星只能在地球的大圆面上运行。如果卫星在非大圆的面上运动（比如维度23°的纬线圈平面）此时正如你所说，万有引力与向心力方向不同，这样显然卫星不能平衡运动。卫星的向心力是有万有引力提供的，我们把万有引力分解成两个分量，一个是严重向心力，另一个垂直于向心力。那么垂直于向心力的那个分力就会把卫星拉向大圆面（如果在纬线圈平面，那么切线方向的里就会拉向赤道，可以在一幅平面地图上想象一下这个屋里图景，可惜不好画图）。

其次，地球的旋转方向是绕地轴运动，地轴与赤道垂直，所以如果要与地球同步只能在赤道平面。

在赤道上空的时候可以更好的与地面保持旋转同步。就好比是你站在赤道上，你的正上方是一颗同步卫星，那么它就将永远在那儿（保持相对静止）角速度一样，不然怎么叫同步呢，如果你不站在赤道上，而是北半球或南，你的正方就不可能有一颗卫星定在那儿，你想想，卫星不可能围着地球的边边转吧，它会做椭圆运动。

你问的问题这样说就好理解了，如果不在赤道上空，在北京所在的纬度上空，要想和地面同步，他必须以北京的纬度为平面旋转，需要逃离地心力的牵引，就像月亮不能在我们视野里的平面天空圆周旋转一样