[記事公開日]2015/12/21
[最終更新日]2016/04/09

地球が引力で人工衛星を引っ張り遠心力とバランスが取れているので落ちてこない

何故、人工衛星は落ちてこないのか?

人工衛星は落ちてくることはないのでしょうか?

何故、人工衛星は、地球に落ちてくることなく、地球の周りを回り続けているのでしょうか?

それは、地球が人口衛星を引力で引っ張り、外に出ていこうとする遠心力とバランスがとれているからなのです。

地球の大気圏の外には、人工衛星が地球の周りを安定して回る軌道があります。

その軌道上に人工衛星を打ち上げれば、人工衛星は地球の周りをずっと回り続けます。

それは、月が落ちないで地球の周りを回り、地球が落ちないで太陽の周りを公転しているのと同じようなものだと言えます。

人工衛星が外に飛び出て行こうとする遠心力と、地球が人工衛星を引っ張る引力とのバランスが取れているので、人工衛星は落ちてくることなく、地球の周りを回り続けているのだということになります。

そして、秒速7.9km(時速約28000km)の「第一宇宙速度」を超えると人工衛星になるのだといいます。

 

秒速7.9km(時速約28000km)の「第一宇宙速度」を超えると人工衛星になる

人工衛星が外に飛び出ていこうとする遠心力と、地球が人工衛星を引っ張る引力とのバランスが取れているおかげで、人工衛星は落ちてくることなく地球の周りを回り続けている訳ですが、秒速7.9km(時速約28000km)を超えると人工衛星として機能するようです。

そして、この速度は「第一宇宙速度」と呼ばれています。

これは、人工衛星をボールに例えると理解しやすいようです。

ボールを水平に投げた場合、投げたときの速度が速いほどボールは遠くへ飛び、その軌跡は、地球のカーブに近づいていきます。

地表に空気の抵抗がないと仮定して、高い山の上からボールを投げると、その速度が遅い時はボールはやがて地面に落ちてしまいますが、投げる速度を速くしていくと、ボールの落ちる場所はだんだん遠くなり、ついには地球を1周するようになります。

このボールを人工衛星と考えると、人工衛星が落ちてこない理由を理解しやすくなります。

ものを投げる速度が速いほど、遠くへ飛ぶということであり、ボールを秒速7.9km(時速28000km)を超える速さで投げると、地上に落ちないで地球を回り始めるのだといいます。

空気抵抗がなければ、このボールは、投げた時と同じ速度で永久に地球の周りを回ることになるそうです。

そして、このボールが「人工の月」、即ち、人工衛星ということになります。

人工衛星は、地球の引力から飛び出そうとする力と、地球が引き付ける引力が釣り合っているので、落下せずに地球の周りを回っているのだということなのです。

 

人工衛星が1957年に初めて打ち上げられてから半世紀余り

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人工衛星が初めて打ち上げられたのは、1957年のことであり、旧ソ連のスプートニク1号でした。

最初の頃の人工衛星は、「科学衛星」と呼ばれて、観測装置を積んで科学的に宇宙を調べるために利用されたようであり、現代でも、科学的な観測に利用される衛星も、もちろんあります。

アメリカのハッブル宇宙望遠鏡などがそうであり、大気のゆらぎがないので天体のはっきりした画像を捉えることができるといいます。

しかし、最近では、「実用衛星」と言って気象衛星や放送衛星(BS)、通信衛星など、私たちの生活に役立つ衛星がたくさん打ち上げられているそうです。

これらの衛星は、天気予報、自動車・携帯電話サービス、衛星放送、カーナビゲーションなどに使われる全地球測位システム(GPS)などに使われており、今や私たちの生活に無くてはならないものになっているといいます。

そして、実用衛星は、太陽電池パネルを付けており、自分で発電した電気で搭載した装置を動かしているといいますから、科学の発達には、目を見張るものがあると言えます。

そして、人工衛星は、用途や目的によって利用する軌道が異なっており、こうした実用衛星の中には、見かけ上は止まって見える「静止衛星」もあります。

 

静止衛星は赤道上空約3万6000kmの静止軌道上にあるので止まって見える

実用衛星の中で、静止軌道上にある人工衛星は「静止衛星」と呼ばれており、見かけ上は止まって見えるといいます。

何故、止まって見えるかというと、地球の自転に合わせて地球を回っているからなのです。

そして、静止衛星が回る静止軌道というのは、赤道上空約3万6000kmにたった1本しか無いそうです。

高度が高くなれば引力の影響が小さくなるため、それだけ低速になり、高度約3万6000kmでは、初速度がおよそ3.07km/sで済みますが、これは地球の自転速度と同じであり、地表から見て常に同じ位置に人工衛星があるということになります。

静止軌道上にある人工衛星が静止衛星と呼ばれるのはそのためであり、地球の自転速度と同じ速度で回っているため、地表から見ると、見かけ上は止まって見えるという訳なのです。

静止軌道は、定点観測を行う気象衛星や、放送衛星、通信衛星に使用されていますが、静止軌道は1本しか無いため、人類共通のものとして、国ごとに静止位置が決められているそうです。

 

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