人工衛星の軌道上で働く重力とは？万有引力の理解と地球との関係

「人工衛星が地球の周りを円運動しているとき、軌道上の重力が地表の重力の何倍か？」という疑問を抱く方も多いでしょう。この問題において、「軌道上の重力」とは何か、また人工衛星における重力の働きについて、物理学的な視点から解説します。

人工衛星と重力

まず、人工衛星が地球を周回しているという状況を考えたとき、確かに衛星には地球から引っ張られる「重力」が働いています。地球の重力は、物体を引き寄せる力であり、人工衛星もその影響を受けて地球の周りを回っているのです。

人工衛星は、地球の重力によって引き寄せられると同時に、その進行方向には運動があるため、重力の力と進行方向の力がちょうど釣り合って、軌道上で回り続けます。これを「軌道運動」と言います。

軌道上の重力とは？

「軌道上の重力」という言葉が指しているのは、人工衛星が地球の周りを回るときに作用している「万有引力」です。地表に比べて軌道上での重力は弱くなりますが、それでも地球の引力は存在しており、衛星の運動を維持するために必要不可欠です。

地表で感じる重力（1g）に対して、軌道上ではその値は大幅に減少しますが、完全に無くなるわけではありません。衛星が地球の重力圏内にいる限り、常に引力を受け続けていることになります。

人工衛星と地球の引力の関係

人工衛星が軌道に乗っている状態では、地球の引力が衛星を引っ張っており、その力が衛星を円軌道に保っています。これはまさに「重力による円運動」であり、重力が働き続けることで衛星は地球に落ちず、円を描いて回り続けるのです。

つまり、地球の重力が人工衛星を引っ張っているため、衛星はその軌道を維持することができます。逆に言うと、地球が衛星を引っ張らなければ、衛星は直線的に進み、地球から離れていってしまうことになります。

地表の重力と軌道上の重力の違い

地表で感じる重力（1g）と、軌道上で感じる重力（または「遠心力」と呼ばれる力）の強さには大きな違いがあります。地表では重力が常に1gで働いていますが、軌道上では地球からの距離が増すことで重力の強さは減少します。

人工衛星が地表から高度を上げると、地球から受ける引力は次第に弱くなり、最終的に完全な無重力状態（微小重力）に近づきます。ただし、これは重力が全くなくなるわけではなく、単に非常に弱くなっている状態です。

まとめ

人工衛星が軌道上を運動している場合、その運動は地球の引力によって維持されており、これを「軌道上の重力」と呼びます。地表の重力とは異なり、軌道上では重力が減少しますが、衛星が地球から引っ張られる力は常に存在します。物理的には、衛星の運動と重力の関係は非常に緻密に調整されており、これが人工衛星を安定した軌道に保つための基本的な要素となっています。