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人工衛星も地球の重力を受けているはずなのになぜ地球に落ちてこないのか?
kagakusukiの回答
- kagakusuki
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地球には重力があるため、その周囲の物体は地球の重心に向かう方向に引張られています。 では何故人工衛星が落ちて来ないのかと言いますと、人工衛星は重力に引かれる方向に移動しているだけではなく、水平方向にもものすごい速度で移動しているため、地球のある場所とは違う方向へ飛んでいくからです。 大雑把に言いますと、地球の中心から6500kmの所にある物体が、6500km落下する間に、横方向にも6500km移動すれば、地球に衝突せずに、地球の周りを回る事が出来ると言う事です。 この時必要となる水平方向の速度は衛星の高度によって異なりますが、高度0m、即ち地表に於いて空気や地面の凹凸が無いとした場合の速度は、約7.91km/sになります。 高度が高いほど軌道を回る速度は遅くなり、例えば赤道上空400kmの円軌道を回る宇宙船の速度を計算すると約7.67km/sになりますが、これが軌道上で逆噴射して減速し、高度80kmまで降りてくる場合、重力によって加速するため、空気による影響が無ければ速度は約7.95km/sになります。 この様な高速で大気中を移動しようとしますと、強い衝撃波が発生し、それによって圧縮された大気が高温となるため、衛星が燃え尽きてしまいます。 又、空気の抵抗で速度が低下しますと、人工衛星は同じ軌道を回り続ける事が出来ずに、落下してしまいます。 そのため、まず大気の影響が実用上問題にならなくなる程小さくなる高度まで上昇してから、水平方向に加速して、上記の速度まで速度を上げます。 尚、人工衛星が円を描いて回っている場合には、遠心力と地球の引力は釣り合っていますが、だ円を描いて回っている場合には、遠心力と地球の引力は釣り合ってはいないため、人工衛星の高度と速度は、上がり下がりを繰り返します。
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