たまに、空を見上げてると動いてる星みたいなのが見えるんだよね。
それは、人工衛星の光なんだけど、結構早いんだよね。
ちなみに、NASAのホームページでISS（国際宇宙ステーション）がどこを飛んでいるかリアルタイムで見られるよ！
人工衛星って間違えて地球に落ちてきたりはしないのかな？逆に、宇宙なんだからどっか彼方に飛んで行っちゃわないのかな？
調べてみよう！人工衛星はなぜ地球に落ちない？軌道を回り続ける仕組みを解説！
結論
結論からいうと、人工衛星は落ちていないのではなく、実はずっと地球に向かって落ち続けています。
ただし人工衛星は、ものすごい速さで横方向にも進んでいます。
そのため地球に近づこうとしても、その間に地球の表面が丸く下へ逃げていきます。
結果として、
地球に落ち続けながら、地球の周りを回り続ける
という状態になります。
これが人工衛星が軌道を回る仕組みです。
まず、地球の重力は宇宙でも働いている
「宇宙に行けば重力がなくなる」
というイメージを持つことがありますが、実際には違います。
人工衛星が飛んでいる高さでも、
地球の重力はしっかり働いています。
もし人工衛星がその場で完全に止まったら、重力に引かれて地球へ落ちてきます。
ではなぜ、普段は落ちてこないのでしょうか。
ポイントは、
横方向の速さ
です。
ボールを投げるとどうなる？
地上でボールを横に投げたとします。
弱く投げれば、少し進んで地面に落ちます。
もっと強く投げれば、より遠くまで飛んでから落ちます。
では、
ものすごく強く投げたらどうなるでしょうか。
地球は平らではなく、丸い形をしています。
ボールが遠くまで進むほど、地面も少しずつ下へ曲がっていきます。
もしボールが落ちる速さと、地球の表面が丸く下がっていく速さがちょうど合えば、
ボールは地面にぶつからず、地球の周りを回り続ける
ことになります。
人工衛星は、まさにこれと似た状態です。
「落ちる」と「進む」が同時に起きている
人工衛星には2つの動きがあります。
1つは、
重力によって地球へ落ちようとする動き
もう1つは、
ものすごい速さで横へ進む動き
です。
この2つが同時に起きると、人工衛星の進む方向は少しずつ曲げられます。
そしてその曲がり方が、地球の丸みに沿うようになります。
その結果、
地球の周りをぐるぐる回る
わけです。
どれくらい速く飛んでいるの？
例えば国際宇宙ステーションは、地上から約400kmほどの高さを飛んでいます。
その速度はおよそ、
秒速7.7km
です。
時速にすると、
約2万8,000km
にもなります。
かなり速いです。
このくらいの速さで横へ進んでいるからこそ、地球へ落ち続けながら地表にぶつからずに済みます。
もし速度が遅くなったら？
人工衛星の速度が遅くなると、横へ進む力が足りなくなります。
すると、
地球へ落ちる割合のほうが大きくなります。
その結果、軌道がだんだん低くなっていきます。
特に地球に近い場所では、わずかに大気が残っています。
人工衛星はその空気との摩擦によって少しずつ速度を失います。
すると高度が下がり、さらに空気が濃くなって、もっと減速します。
最終的には大気圏へ突入します。
人工衛星は永久に回れるの？
すべての人工衛星が永久に回れるわけではありません。
低い高度では空気抵抗があるため、少しずつエネルギーを失います。
そのため人工衛星によっては、
- エンジンで軌道を修正する
- 高度を上げ直す
- 最後に大気圏へ落とす
といった操作が行われます。
一方、もっと高い軌道では空気抵抗が非常に小さいため、かなり長期間回り続けることができます。
月も同じようなことをしている
実は、
月も地球に向かって落ち続けている
と考えることができます。
月も地球の重力に引っ張られています。
それでも地球に落ちてこないのは、月が横方向へ十分な速さで動いているからです。
そのため月も、
地球へ落ち続けながら、地球の周りを回っている
状態です。
人工衛星も月も、基本的な考え方は同じです。
地球も太陽に落ち続けている？
さらにスケールを大きくすると、
地球も太陽に向かって落ち続けている
と考えられます。
太陽の重力が地球を引っ張っています。
しかし地球は横方向へ大きな速度を持っているため、太陽へ直接落ちるのではなく、その周りを回っています。
つまり、
人工衛星 → 地球の周り
月 → 地球の周り
地球 → 太陽の周り
というように、
「落ちながら回る」という仕組みは宇宙のさまざまな場所で起きています。
無重力なのは重力がないから？
宇宙ステーションの映像では、人や物がふわふわ浮いています。
これを見ると、
「重力がないんだ」
と思うかもしれません。
でも実際には、宇宙ステーションにもかなり強い地球の重力が働いています。
それでも浮いて見えるのは、
宇宙ステーションも中の人も一緒に落ち続けているから
です。
例えばエレベーターごと自由落下したとすると、中にいる人も同じように落ちます。
そのため、床に押しつけられる感覚がなくなります。
宇宙ステーションでも似たことが起きています。
この状態を、
微小重力
と呼びます。
なぜ地球に引っ張られているのに離れていかないの？
逆に人工衛星が速すぎると、地球の重力では軌道を十分に曲げられなくなります。
すると地球から離れていく可能性があります。
つまり人工衛星には、
ちょうどいい速度
が必要です。
遅すぎれば地球へ落ちる。
適切な速度なら地球を回る。
速すぎれば地球から離れていく。
という違いがあります。
軌道によって速度は違う
人工衛星は、どの高さでも同じ速度で飛んでいるわけではありません。
地球に近い軌道では、強い重力に対抗して回るために速い速度が必要です。
逆に高い軌道では、より遅い速度でも地球の周りを回ることができます。
そのため、
高度によって必要な速度や1周する時間が違います。
24時間で1周する人工衛星もある
地球の赤道上空およそ3万5,786kmには、
静止軌道
という特別な軌道があります。
ここを回る人工衛星は、地球の自転とほぼ同じ24時間で1周します。
そのため地上から見ると、
いつも同じ場所の上空に止まっているように見えます。
実際には秒速数kmで地球の周りを飛び続けています。
テレビ放送や通信、気象観測などに利用されています。
まとめ
人工衛星が地球に落ちてこない理由は、
落ちていないからではなく、地球へ落ち続けながらものすごい速さで横へ進んでいるから
です。
地球は丸いため、人工衛星が落ちる間にも地表が下へ曲がっていきます。
その結果、
いつまでたっても地面にぶつからず、地球の周りを回り続ける
ことになります。
そしてこの仕組みは人工衛星だけではありません。
月も地球の周りを、
地球も太陽の周りを、
同じように重力によって「落ちながら回っています」。
宇宙でいう「軌道」とは、
落ち続けているのに、永遠に地面へ届かない状態
と考えると、とてもイメージしやすくなります。
キーワード
人工衛星 / 軌道 / 重力 / 地球 / 宇宙 / 自由落下 / 国際宇宙ステーション / ISS / 静止軌道 / 無重力 / 科学
※本記事では、文章作成および画像生成の一部にAIを活用しています。
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