衛星の動きについて。

質問

衛星の動きについて。

軽いSF小説を書いています。
地球とほぼ同じ自転公転の惑星で夜にはずっと満月が見えている、という設定なのですが、この衛星はどんな周期でどんな動き方をすれば条件に沿うでしょうか？

文系なため頭がこんがらがってよくわからなくなってしまいました。
詳しい方、できたらわかりやすい説明よろしくお願いします。

回答No.11

equinox2 · ベストアンサー

「常に満月」の仮定から、恒星－惑星－衛星が常にほぼ一直線に並んでいる
必要があり、この場合、衛星？は惑星の周りを回らないことになります。
＃このため、厳密には衛星とは呼べない

また、ケプラーの法則から、このような動きは、恒星－惑星の２体で考えた
場合には存在できない。

上記２体に対して、無視できるほど小さな衛星などが、上記の一直線上に
存在できる点として「ラグランジュ点」があります。
＃既に指摘されているようにＬ２は不安定なので制御しないとNGですが・・

また、Ｌ２点は太陽－地球の場合、１５０万ｋｍ程度離れているので
月と比べるとかなり小さくなります。

Ｌ２点に、位置を制御して安定的に存在できる風船のような巨大な
人口物なら、そこそこそれらしいかも・・
＃月の４倍ほどの直径が必要ですが

お礼

ラグランジュ点…SF小説などで良く目にはしてましたが、まったく理解できていないままSF用語として読み流していました。今回調べてみて目からウロコでした。
今回の話では超科学的なことは考えておらず自然な裏付けが欲しかったのと、一連の回答でとても無理があるのがわかりましたので、なんとか設定の方を変えて辻褄を合わせたいと思います。

皆様、天文素人にいろいろ教えていただいてありがとうございました。

回答No.10

nananotanu

>「月と同じ大きさの衛星を、月と同じ高度で、公転周期1年で周回させたい。」
> ケプラーの法則からは、衛星の質量を変えれば可能と思われます。
第3法則から、質量に関係なく、軌道半径で周期は決まってしまうので、ダメなんですよ～

軌道半径が同じなら、それによって周期＝公転速度は厳密に一義に決まってしまいます(推進力なしに、自然に運動するならば)。なぜなら、解りやすくいえばその半径における速度は、丁度中心天体によってひっぱられる引力といわゆる遠心力とがつりあうように決まるからです。

お礼

ありがとうございます。
公転周期は軌道半径によって決まるのですか。質量は関係ないのですね。
人工衛星の高度計算のレスで質量が違うとどうなるのだろう？と疑問だったのですが、すっきりしました。

回答No.9

phobos

別の観点からの発想ですが、その衛星が半透明なクリスタルでできている、と言う設定はいかがでしょう。
それならどの方向から太陽光が当たっても内部で乱反射して衛星全体が明るく輝くので、いつでも「満月」と言えます。

ただしこんな半透明衛星は絶対に自然には生成されませんので、とうぜん人工天体と言うことになります。

誰がどんな目的でクリスタルムーンを作って設置したのか？……という謎ときを貴作の背景に据えると、ストーリイが面白くふくらんでいくかも知れませんね。

なお、人工天体と設定することによって、衛星の大きさや軌道周期などで矛盾が出てきても「それは天体創造者が意図してそのように設置したのだ」という一言で済んでしまいますし。

以上ご参考までに。

お礼

ありがとうございます。
面白そうな設定ですね。そんなのも書いてみたい。

残念ながら今回の話はそういう超科学は出てこないので、なんとか自然に整合性のある説明が欲しかったのですが、かなり不自然なようで再考しています。

回答No.8

469437

今までの経緯から、問題点は↓だと思われます。

「月と同じ大きさの衛星を、月と同じ高度で、公転周期1年で周回させたい。」

ケプラーの法則からは、衛星の質量を変えれば可能と思われます。
ケプラーの第３法則
http://ja.wikipedia.org/wiki/%E3%82%B1%E3%83%97%E3%83%A9%E3%83%BC%E3%81%AE%E6%B3%95%E5%89%87

問題点をクリアするには、衛星の質量を小さくすれば良いのですが、衛星の大きさ（体積）が決まっているので、密度を非常に小さくする必要があります。
しかし、そうなると、その密度で、岩石の塊として存在できるかという問題があります。
ガス惑星（衛星）なら可能でしょうが、月レベルの規模では存在できないでしょう。
この問題をクリアしたとしても、惑星が衛星から受ける重力も小さくなることになり、潮の干満や、地軸の安定性に影響するので、気象等にかなり影響してくると思います。

お礼

ありがとうございます。
ケプラーの法則…学生時代に習った覚えだけあるのですが、かなりアバウトな記憶で把握できていません。
この機会に勉強しなおしてみたいと思います。

回答No.7

Tacosan

#5 の「お礼」のところですが, 単純にいえば「惑星の半分は『常に夜』で必ず同じ場所に満月が見える」し, 「残り半分は『常に昼』で月は全く見えない」ということです.
さておき, ラグランジュ点のうち L1～L3 は不安定で, そこからちょっとでも外れてしまうとそのうちどこかへ行ってしまいます. つまり「最初からちょうどそこにいない限りいない」と言っていい.
で, そう考えると実は別の設定の可能性がでてきます. L2 に配置してもどうせ「常にそこにいる」ように制御しなきゃならないってことだから, 「もともと『そこにいる』ように非自然的に制御されている」としてしまう. ぶっちゃけていえば「超古代文明」ってやつ (苦笑).

お礼

ありがとうございます。
＃5は＃1の補足だと思ったので、
・惑星は地球とほぼ同じ自転公転
・衛星の公転が惑星の公転と同じ
という前提の話だと思ってのレスでした。

＞「惑星の半分は『常に夜』で必ず同じ場所に満月が見える」し
＞「残り半分は『常に昼』で月は全く見えない」

これだと惑星の自転が地球とは大幅に違うことにはならないんでしょうか？

回答No.6

2062aten

下のＵＲＬで人工衛星の軌道を計算できます。
そこで地表からの高度を215万kmとすると、ほぼ365日かけて
地球を回る軌道となります。
月の5.5倍ほど遠いので、月と同じ大きさとしてもかなり小さな
満月になりますね。
ＳＦならこれでいいのかな？

参考URL：

http://keisan.casio.jp/has10/SpecExec.cgi

お礼

ありがとうございます。
人工衛星は一年かけて公転する…知りませんでした。
試してみたいと思います。
大きさは地球の月より大きいという設定だったのですが、なんだか無理そうな感じですね。

補足

使ってみて気付きました。
どのぐらいの距離で365日になるか、高度からの逆算なのですね。

そもそも人工衛星の速度は自然なものなのか、それは衛星でも同じなのか、質量によってどう変わるのか、その辺の原理があまりにも理解できていないため、自分の知識のなさにもがっくりきてしまいました。
もう少し勉強してみようと思います。

回答No.5

nananotanu

＞惑星の公転と釣り合っているとずっと太陽に対して同じ位置、というようになるもの？

はい

>衛星の動きは、地球の満月と同じ、日の入りと共に東の空から上って日の出と共に西に沈んでいく、と考えて良い？

いえ、惑星の自転の速度によります。自転と公転が同じなら、常に夜空の同じ位置に出ています(というか、惑星上で常に昼のところと夜のところができる＝衛星が見える地域が半分、見えない地域が半分)し、(地球と同じ向きに自転・公転しているとして)それより速ければ東から西に(地球と同じですね)、遅ければ逆になると思います。

お礼

再度ありがとうございます。

惑星上で常に昼のところと夜のところができる、というのは、衛星が見える地域ではいつも夜に満月が見えていて、逆側では何も見えないということでしょうか？
地球の自転と同じ速度で同じ向きに衛星が公転している、ならば何も問題がないのでこれならばっちりハマるのですが、既に理論的に頭がついていけていないので、これであっているのかどうなのか…

補足

盛大な勘違いをかましていました。
惑星の自転と公転の速度、ですね。
地球の自転公転速度はどのぐらいなのでしょうか？
調べてみたいと思います。

回答No.4

nananotanu

＞公転軌道の少しだけ外側を回る惑星Ｂが存在し、惑星Ｂは惑星Ａと同じ周期で公転し

ケプラーの法則が破綻するので、ダメです。

お礼

ダメですか…がっくり。
重力とかは大丈夫なのかな？と少し疑問でしたが、やはり無理があるのですね。
ありがとうございました。

回答No.3

equinox2

>地球とほぼ同じ自転公転の惑星で
地球のすぐ近く・・という前提ではないいう仮定なら・・・

条件１：惑星の公転周期と惑星の自転周期が同じ
条件２：恒星－惑星間のラグランジュ点（Ｌ２）の位置に衛星が存在する

上記だと、衛星側はいつも夜で、いつも衛星がほぼ同じ位置み見えるはずです。

ただ、太陽－地球で考えると、Ｌ２は地球から１５０万ｋｍ程度太陽の反対側に
離れた場所のため、小型の衛星はとても小さく見えるはずです。
＃月ほどの大きさだと、ラグランジュ点としては存在できず、仮に
＃存在できても、かなり小さくしか見えないはず・・・

注：地球－月は平均３８万ｋｍ程度

お礼

ありがとうございます。
太陽系とそっくりの惑星系という設定なので、現在の地球にもうひとついつも満月な衛星があったら、或いは月がずっと満月だったら、という過程で考えていただけると。

1は衛星の公転周期の誤爆ではなく文字通りなら、長い昼と夜が交互にくるということですよね？それだと設定とずれてしまうのでちょっと使えません。残念…
2はかなり小さくしか見えないということで、これも少し話とズレてしまうので残念です。
でも「いつも満月」という可能性自体はなくはないらしく良かったです。

回答No.2

noname#143204

前の回答者の方も書かれているように、常に満月となるのであれば、恒星と惑星と衛星が直線上に並ぶことが条件です。
恒星に対して惑星と衛星が横に並べば衛星は半月に見え、恒星・衛星・惑星の順に並べば新月となり、衛星は惑星から見えなくなります。

つまり、衛星が惑星の周りを周回する以上、常に満月であるということはあり得ないということになります。

＞地球とほぼ同じ自転公転の惑星で夜にはずっと満月が見えている、

ということがあるならば、この惑星（仮にＡとします）の公転軌道の少しだけ外側を回る惑星Ｂが存在し、惑星Ｂは惑星Ａと同じ周期で公転し、位置関係がつねに恒星・Ａ・Ｂとなるとすれば、満月状の惑星Ｂが惑星Ａからずっと見えるということが考えられます。

実際にそのような動きができるのかはわかりませんが…。

お礼

ありがとうございます。

私も、果たしてこの設定は可能なのか？と途中でわからなくなってしまっていました。
やはりありえないのですね…
惑星にしてしまうというのは盲点でした。

回答No.1

fine_day

ずっと満月であるということは、常に惑星を挟んで太陽と正反対の方向にある衛星だということになります。
一晩での移動は少なく、一年かけて惑星のまわりを一周する衛星なら条件に合うのではないでしょうか。

お礼

早速ありがとうございます。

素人考えだと、公転周期が長いだけだと満月の期間と同様に他の状態の期間も増えるだけな気がしてしまうのですが、惑星の公転と釣り合っているとずっと太陽に対して同じ位置、というようになるものなのでしょうか？
また、この場合惑星から見た衛星の動きは、地球の満月と同じ、日の入りと共に東の空から上って日の出と共に西に沈んでいく、と考えて良いのでしょうか？