衛星はなぜ落ちないのか？

ボールを投げれば地面へ落ちます。人工衛星にも地球の重力が働くのに、なぜ空にとどまれるのでしょうか。意外な答えは、人工衛星もずっと落ち続けているからです。ただし前へ進む速度が十分に大きく、落下している間に丸い地球の表面も下へ遠ざかっていきます。

なぜ真下へ落ちないのか

非常に高い山から、ボールを水平に投げる場面を想像してください。速く投げるほど、地面へ着くまで遠くへ進みます。十分な速さになると、ボールが落ちる曲線と地球表面の曲がり方が一致し、地球へ向かって落ちながら地面へ到達しません。これが軌道運動です。

画像クレジット: Satellite Tracker · Original illustration

エンジンは常に動いているのか

通常は動いていません。ロケットが人工衛星を適切な高度へ運び、必要な速さと方向を与えます。一度軌道へ入れば、慣性によって進み続けます。エンジンやスラスターは主に、軌道の修正、宇宙ごみの回避、機体の向きの制御に使われ、航空機のエンジンのように常時推進するものではありません。

ただし地球低軌道は完全な真空ではありません。ごく薄い大気がISSを少しずつ減速させて高度を下げるため、訪問中の宇宙船やISSのスラスターで定期的に軌道を押し上げます。

高い軌道ほど速いのか

同じ天体を回るなら、通常は逆で、低い軌道ほど速く飛びます。高度約400kmのISSは秒速約7.7kmで進み、約90分で地球を一周します。高度3万5,786kmの静止衛星は、一周にほぼ24時間かかります。

低い軌道では重力が強いため、地面へ落ちずに回り続けるには大きな横向きの速度が必要です。高い軌道では重力が弱く、ゆっくりした公転でも軌道を保てます。

人工衛星は誰でも見られるのか

見られます。日没直後や日の出前は、地上が暗くても上空の衛星には太陽光が当たっていることがあります。その反射光が、一定の速さで動く星のように見えます。宇宙ステーションや、打ち上げ直後に列を作る衛星群は特に目立つことがあります。航空機のような色付きの航行灯はなく、通常は規則的に点滅しません。

静かな光点が空を横切ったら、それは頭上に止めたランプではありません。猛烈な速さで進みながら、地球へ落ち続けている機械です。