大気圏突入の時はなぜ燃えるほど高速なのですか？

質問

地球への大気圏突入時は超高温になることは有名ですが、なぜ地球の引力に引っ張られているだけなのに、そんなに高速になるのですか？

マッハ20くらいまで速度が出て、そこで大気の粘性により熱移動が起こって物体が高温になり燃え尽きるそうですが
同じ地球の引力に引っ張られているなら高度３万メートルくらいから物体を落としてもそのぐらいの速度にならないとおかしいと思うのですが、何故でしょうか？

回答No.44

nananotanu · ベストアンサー

読み返していて勘違いされていること(勘違いされていた:既に過去形?　事)を見つけたので、私へのレスでない部分も有りますが、今暫くお付き合い下さい。

#19
>地球の自転速度は赤道付近で約1700km/hですよね。対して地球に落ちないための第一宇宙速度は時速に直すと2800km/hほどに達すると思います。なので追い抜いてしまいますよね。

この、赤道付近の速度は「地表面での」値ですね。静止軌道上では回転半径がそれだけ長くなりますから、それこそ質問者さんが最初混乱されていたように、もっと速くなりますよ(周回運動は「角速度が」一定ゆえ)。

#25
>例えばボールを思いっきり上に投げた場合、第二宇宙速度でなくても地球から離れて行きますよね。その時加えた運動エネルギーが例えば上空20メートルの位置エネルギーになって一瞬止まり、そこから重力に引き寄せられてまた落ちてくるということだと思いますが、なぜボールは第二宇宙速度でないのに地球から離れていけるのでしょうか。

第二宇宙速度の定義を勘違いされています。地球を振り切って、というのはまさに「重力を振り切って自由になる」ということです。質問者さんが言われている状況は、まさに「振り切れないから」戻ってきているのです。依ってこの方法をいくら続けても地球から離れて行けません(地球から離れていく＝重力を振り切って"完全に"戻ってこない　≠(not equal)少しでも地面から離れる)

#43
>最適な侵入角度

コレはおまけの知識、という範疇ですが…人工衛星など(スペースシャトルを含む)は元もと地球の周りを回っていますので、高度を徐々に下げていけば自然と大気(の濃い部分)に突入します。そういう意味では最適な進入角度、は考えなくて良いとも言えるかもしれません。
おまけ、とはアポロなど大気圏外から進入する場合です。映画などでご覧になったことがあるかもしれませんが、これには厳密に進入「可能」角度が決まっています。それより深いと大気との摩擦で燃え尽き、浅いと(水面に浅く投げ込んだ平たい石のように)跳ね返って宇宙の彼方へ飛んでいってしまいます。

アポロ１３の映画をご覧になったことがあるでしょうか？地球突入直前に計算値から僅かに軌道がずれていることが発覚し、軌道修正するシーンがあります(軌道がずれた原因は(着陸しなかったので)積み込むはずだった月の石の分だけ、機体が軽かったから)。
その時、精確に軌道修正ロケットの噴射時間を測定できて3人を助けたことになるのが「オメガのスピードマスター」ですが、私も(11号のものですが)復刻版を持っていました。

・・・・・つい先日、どっかになくしちゃったのですが(T。T)

余計なことまで書きました(^^；ごめんなさい。

お礼

第一宇宙速度は時速に直すと2800km/hほどに達すると思います＞
まずここが間違ってました：。時速28800kmほどですね。
＞それこそ質問者さんが最初混乱されていたように
ここが自分が最初勘違いしていた、（軌道半径と軌道速度の関係）じゃない外側のほうが速度が速いということが適用される部分ですね。

いわゆる離れていくということに対して脱出速度である必要でないと言う事が分かりました。打ち上げてるロケット自体が脱出速度ではないですもんね。私がボールで思い描いていたのは、大気圏を脱出して宇宙空間に出るということでした。このボールの下をポーンと叩く行為をずーっと続けて行く事が出来れば宇宙空間に出れますよね。
ロケットの推力ががまさにそれの繰り返しですもんね。ただ地球の重力を振り切って自由になるには速度が必要で、その推力が切れた時点で最低でも第一宇宙速度に達してない限り地球の重力に引き寄せられていずれは戻ってきてしまうということですね。

アポロ１３のシーン　覚えてます。
たしか緊急にクルーが手動で？というか即座にその場で計算して危機を脱出したのを見て凄いと思ったものです。オメガのスピードマスターは名機ですよね。自分もあれの古いやつを知り合いのおじいさんが持っていたのを借りていた事があります。たしか手で巻くタイプで文字盤が今よりかなり大きかった気がします。無くしちゃったというのは：：かなり高価なものですよ。見つかるといいですね。