大気圏突入の時はなぜ燃えるほど高速なのですか？

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？

No.53 回答者： kagakusuki 回答日時： 2009/10/07 14:26

回答番号：No.48へのお礼で

>地表(天体の表面)と同じ高度における(中略)地球の引力圏外に脱出できるということですね。

　はい、その通りです。

>第二宇宙速度＝（大気の無い状態で）地球の引力によって出うる物体の速度の最大値ということですね。

　「地球の引力によって」というよりも、「地球の引力のみによって」とした方が良いかもしれません。
　地球の公転速度や他の天体の引力も考え始めると問題は複雑で、第二宇宙速度以上の速度となる事も有り得ると思います。

この回答へのお礼

「地球の引力によって」というよりも、「地球の引力のみによって」とした方が良いかもしれません。＞

仮に天体に地球のみ存在し静止した状態で（大気もなく）地球の引力しか働いてない状態であればということですね。
地球の公転軌道の前から突入した場合地球の公転速度分加速される可能性も、また他の天体の引力により第二宇宙速度よりも若干遅くなる可能性もあるということですね。

お礼日時：2009/10/07 18:13

No.52 回答者： kagakusuki 回答日時： 2009/10/07 14:25

回答番号：No.47へのお礼で

>既に約10,2km/sにまで達しているということで既に相当な高温になる速度ですね。なのであえて斜めに侵入して空気抵抗を少しづつ利用しながら約7.2km/sで侵入しそこから速度を熱量に変えながら徐々に減速しながら落ちてくるわけですね。

　あえて斜めに進入して、速度を熱量に変えながら徐々に減速する、というのはその通りなのですが、10.2km/sの速度を持つ物体を7.2km/sで進入させるためには、大気圏外で減速させる必要がありますので、回答番号：No.12で述べた様に、非効率的なため行われてはいません。
　10.2km/sで斜めに進入させます。
　尚、現在までのところ、無人衛星と比べて重量のかさむ有人宇宙船を、静止衛星軌道に乗せた例はないようです。
　また、静止衛星軌道上の衛星を大気圏に突入させる事は、低軌道の場合と比べて、コストが掛かりますから、行われていないはずです。
　ですから、10km以上もの速度での大気圏再突入は、アポロ計画の指令船が唯一のものです。
　これほどの高速になると、加熱の程度を許容範囲におさめつつ、上空の大気層中で減速しきる事は出来ず、大気圏に突入して減速した後、空気の揚力等を使って一旦大気圏外に出てから、再度大気圏に突入して減速、という事を繰り返したそうです。

>減速すると軌道半径が小さくなりさらにそこからまた加速するのでしょうか。
>一旦減速して運動エネルギーを殺してるのにそこからまた早くなると言うのがわかりません。

　軌道半径が小さくなってから加速するのではなく、地球に近づきつつ加速されるのです。
　高い所から物を落とすと、高度が低くなりながら加速しますが、それと同じ現象です。
　一旦減速して運動エネルギーを殺し、高度が下がる事によって減少する位置エネルギーの分が、運動エネルギーに変わるため、速度が上がるのです。
　位置エネルギーと運動エネルギーの合計は、減速前と比べて、高度が下がって加速した後の方が、減速して運動エネルギーを殺した分だけ減少しています。

この回答へのお礼

＞静止衛星軌道上の衛星を大気圏に突入させる事は、低軌道の場合と比べて、コストが掛かるから行われていない＞
これはいわゆる墓場軌道というところに移動させてそのまま事実上廃棄するということですよね。地球に突入させるまでロケットで減速を繰り返すより、ちょっと上の軌道に移動させる燃料のほうが少なくて済むと言う事でしょうか。


＞位置エネルギーと運動エネルギーの合計は、減速前と比べて、高度が下がって加速した後の方が、減速して運動エネルギーを殺した分だけ減少しています。＞
ここに答えがありそうです。

引力による加速エネルギー＞位置エネルギーということでしょうか？

位置エネルギーを1　運動エネルギーを1として合計を2とした場合

運動エネルギーを0.9に減少させ位置エネルギーを0.5にした場合
引力の力で結果的に運動エネルギー（速度）が1.4になったとしたら合計エネルギーは元々の２より減少していますが
速度である運動エネルギー1から1,4に上がっていますよね。

逆に言えば位置エネルギーを元に戻すということは運動エネルギーより軽いエネルギーでできるということでしょうか。

地球の引力に引き寄せられて加速する力＞地球の引力に逆らって元の高度まで戻る燃料　ここが不思議でした

あとはＩＳＳより少しでも速くなれば時間をかければかけるほど追い抜いて前に出れるということですよね。

お礼日時：2009/10/07 18:07

No.51 回答者： kagakusuki 回答日時： 2009/10/07 14:22

　回答番号：No.45へのお礼で

>これまでの回答を(中略)下降した320km分、第二宇宙速度に近づいてるんですね。

　その通りだと思います。(102000kmという値に関しては確認してはおりませんが)

>その高度を維持しているエネルギーよりも、減速して引力のエネルギーにより得られるスピードのほうが、減速するための逆噴射ロケット、また同じ軌道に戻るための燃料よりも遥かに大きいんだと考えれば納得がいきます。

　少し違います。
　高度を維持するためのエネルギーというのが、位置エネルギーの事を指しているものとして話を進めますが、スペースシャトルが減速して運動エネルギー(速度のエネルギー)を少しだけ減らした後、引力に引かれて落差によって得られるエネルギーが、運動エネルギーに変換されるため、速度が速くなるのですが、スペースシャトルの減速前後の高度差よりも、スペースシャトルと地球の中心までの距離の方がはるかに長い事はお判りになると思います。
　つまり、高度を更に落とす余地はまだまだたっぷりとあるわけで、エネルギーの大小を比べるのでしたら、高度が下がった事による運動エネルギーの増加分は、その光度における位置エネルギーと比べたら微々たる物です。
　また同じ軌道に戻るためのエネルギーと比べれば、最初に減速した分だけエネルギーは少なくなっています。
　それから本題ではありませんが、

>50kmが真空状態であると仮定してそこから、4km/hで地球に鉛直に落下させると丁度一般的なスカイダイビングの落下速度の200km/hあたりで安定して

　JAXA等では飛翔体の運動を計算する際に、高度120km位から大気の影響を計算に入れ始めるそうです。
　とはいえ、ただ物を落とす際の空気抵抗による減速を考えるならば、高度50kmは確かに真空に近いと言えます。
　ですから、200km/hどころか、マッハ2を超える速さとなり、周りの空気は燃える程ではなくとも、100℃以上にはなると思います。
　耐熱性加圧服と酸素ボンベは必須ですね。
　更に落下して低空まで降りれば、200km/h近くまで減速するはずです。

この回答へのお礼

まずこれまでの他の方の回答も含めて同じ焦点を公転する時、軌道半径が小さいほうが物体は速く回る、大きいほど遅く回るということが大前提にあるということがありました。これだけ確認させてから進めさせてください。これがどうしても混乱を招いているような気がして。。

減速して運動エネルギーを減少させることにより引力の力を利用して加速するということは、引力によって位置エネルギーが運動エネルギーに変換されるため速度が上がると。いうことですよね。

でも同じ軌道に戻るためのエネルギーが、減速して引力に引き寄せられて得た運動エネルギーよりも小さくなるというのがわかりません。

以前他の方の回答でその高度に見合った軌道速度があると伺いました。
外側を回るほうが遅く、内側のほうが速いならば、遅い速度で回るＩＳＳの高度まで戻る際に、使うエネルギーは、その高度まで下がった時に引力によって得られた運動エネルギーと同等のエネルギーが必要になるんではないでしょうか？

一度高度を下げて速度をあげて、ＩＳＳを追い抜いたときに減速しながら高度を上げていくということでしょうか。でも減速すると高度が下がりまた加速してしまうんですよね。

高度を上げると言う事はそれだけ地球の引力に逆らう力が必要な訳で、それは同じだけ高度が下がる時に得た運動エネルギーと等しいということではないんでしょうか。

ここまで書いてまずＩＳＳとスペースシャトル（以降SSと表記させて頂きます）のドッキングの際にそれぞれがどの軌道を維持しているのか、元々どちらが外側を回っているのかが明確になって無い事に気づきました。

ＩＳＳが内側を高速で回っていて、外側を遅いスピードでSSが回っているなら、高度を下げることによりＩＳＳと同じ速度に追いつき、同じ軌道上に辿りつくことは分かりました。

お礼日時：2009/10/07 17:36

No.50 回答者： kagakusuki 回答日時： 2009/10/06 20:39

　補足致します。

　重力は距離が遠くなるにつれて急速に弱くはなるものの、力が全くなくなる事はなく、(無視して構わない程度の強さながら)無限の遠方にまで届きます。
　物体がどのような速度で運動しているかには関らず、物体には重力源に向かって引張る力が働きます。
　運動する物体に重力が加わると、運動方向の前方に重力源があれば物体は加速し、後方に重力源があれば物体は減速しますし、運動方向の真正面と真後ろ以外の方向に重力源があれば、物体の運動方向は曲がります。
　この様に重力の影響を受けて運動の方向と速度が変化した結果、物体が運動する経路を軌道と呼び、地球が存在している所を軌道が通っていれば、物体は地球に衝突します。
　衝突時の速度は、楕円軌道を描いている物体の場合は第２宇宙速度未満ですが、楕円軌道を描いていない物体の場合は第２宇宙速度以上になります。
　地球の引力による影響が太陽の引力による影響よりも強い領域に存在し続けていた物体が、地球に衝突する場合には第２宇宙速度未満ですが、その領域の外から飛来した物体が地球に衝突する場合には、その物体が初めに持っていた速度に、地球の引力による加速分が加わるため、第２宇宙速度以上になります。

この回答へのお礼

地球の引力による影響が太陽の引力による影響よりも強い領域に存在し続けていた物体が、地球に衝突する場合には第２宇宙速度未満ですが＞
＞これはわかりました。第二宇宙速度以上の物体であれば地球の引力のほうが強い領域に存在し続けられる筈がないのでということですね。

さらにそれ以外の領域から飛来する＝既に第二宇宙速度以上＋地球引力なのでそれ以上になるということですね。

ここでわかったのは引力によりもたらされる速度はその引力がどんな小さくどんな大きな場合でも＋されるということですよね。例えば第二宇宙速度＋10kmで接近してきた物体が地球に衝突する際にも、地球の及ぼせる最大引力が第二宇宙速度なので、第二宇宙速度＋10km以上にはならないと思いましたが、加速スイングバイのようにいつ何時でもその力の大きさに関わらず加算していく作用で＋－影響を及ぼしあってるということでしょうか。もちろん逆にエネルギーを奪われる側も存在しますが。合ってるといいんですが。。：

お礼日時：2009/10/07 06:18

No.49 回答者： kagakusuki 回答日時： 2009/10/06 20:30

　回答番号：No.28へのお礼で

>その高度に見合った軌道速度で”自然に”水平方向に移動してしまうというのがどうしてもよく理解できないのですが、

とありますが、物体の運動方向や速度は力が加わらない限り変化しません。(慣性の法則)
　衛星が地球の周りを回るのは、重力の影響によるものですが、重力(正しくは引力)は天体の重心(通常は天体の中心と同じ位置にあります)に向かって周囲の物体に力を及ぼすのみで、水平方向に加わる力ではありません。
　ですから、磁場や光の圧力、太陽風等の影響を除けば、衛星の加速される方向は鉛直方向のみで、水平方向に加速される事はありません。
　但し、力が地球の中心に向かって加わると言う事は、水平方向に移動すれば重力の加わる方向も変わる事になります。
　ここで、地球に接近はするが衝突はしない軌道を運動する物体を考えてみますと、地球から遠く離れた所では物体は鉛直方向に近い方向に動きますから、物体は重力に引かれて加速します。
　地表における、最初に物体のあった位置の真下の地点(これを仮にa地点と呼ぶ事にします)から見ると、物体は鉛直方向に加速されていますが、a地点から地球の中心に対して90度だけ角度のずれた地点(b地点)から見ると、物体は地面に平行な方向に加速している様に見えます。
　そして、物体がb地点の上空で地球の側を通り過ぎる時には、物体は水平方向に大きな速度を持つ事になります。
　物体の運動方向とは異なる方向に重力が働いた場合、物体の運動方向は曲げられます。
　地球の近くでは重力が強い為、より強く曲げられます。
　物体の速度が地球の重力を振り切るほど速くない場合には、軌道を大きく曲げられた物体は、地球から離れていく際に、減速しながら元の位置に戻って行く結果、楕円軌道を描いて回るのです。
　この重力によって周回運動する物体が、「どのような経路(軌道)を辿るのか」、「物体の位置によって速度はどう変わるのか」、「軌道を回る周期と軌道の大きさとの関係」等といった重力による影響の結果を現したのが、ケプラーの法則なのです。

この回答へのお礼

楕円軌道を描いて地球を周回する物体がある場合のことでしょうか。
この場合遠方から接近する物体から見て、その物体がまだ遠い場合b地点は物体から見ておおよそ地球の淵の部分ですかね。

ここで一つ疑問なのですが、楕円軌道が卵形とするとその直径の長い部分の片方に地球が存在するわけですが、まずその反対側の遠方から、地球の引力に引き寄せられて加速する→どんどん加速していく→地球に接近して大きく曲げられる→地球から離れていく際に、減速しながら元の位置に戻って行く←ここでその物体の運動エネルギーが地球に渡されて減速するということですか。

でもその時点での運動エネルギーは地球の引力によって＋された部分もあるため、その分を地球に渡して軌道変更を終えてまた周回軌道に戻っていくという事だと思いますが、その時に減速しながら卵形のまた端っこまで戻るというのが不思議です。ということは元々その物体が持っていた速度、運動エネルギーはその地点（卵型の端）まで地球の引力を受けながら戻る力があるということで、そうするとそれを繰り返すにあたりいずれはその平均値の丸い円軌道にどんどん近づいていくのではないでしょうか？天体におけるその時間単位は何億年というので私たちはわからないだけなのでしょうか？これもまたケプラーの法則をちゃんと理解するべき所ですね。

お礼日時：2009/10/07 05:47

No.48 回答者： kagakusuki 回答日時： 2009/10/06 20:25

　回答番号：No.16へのお礼で

>この場合だと人口的な物体の再突入な訳ですから元々第一宇宙速度で水平方向に動いていることが前提でした。

とありますが、人工衛星等が水平方向に動いているのは、打ち上げの際、衛星軌道に乗せる(支えの無い宇宙空間に物体を留める)ために、ロケットで水平方向に加速している為です。
　ロケットは垂直方向にも打ち上げる事は可能ですから、人工物であっても水平方向に動くとは限りません。
　少し勘違いをされている様ですが、第１宇宙速度というのはあくまでも、地表(天体の表面)と同じ高度における円軌道の軌道速度の事で、静止軌道などの他の軌道における速度は、第一宇宙速度とは言いません。
　第２宇宙速度もやはり地表から打ち上げた場合において、永遠に戻って来ない(高度無限大まで上昇しても下降に転じない)ために必要な最低速度の事で、衛星軌道の様に地表よりも高い場所からならば、第２宇宙速度より小さい速度で地球の重力を振り切る事が可能になります。
　第２宇宙速度は高度無限大の所に存在した初速０の物体が、引力に引かれて地表に落下した場合の速度でもあります。

この回答へのお礼

まず地表すれすれという概念が私の中できちんと把握できてなかったのかもしれません。成層圏を脱してすぐの宇宙空間のことだと思ってましたが
地表(天体の表面)と同じ高度における円軌道の軌道速度の事＞
もちろんこれは言葉どうり地面すれすれの部分を（大気による揚力を利用しない状態で）地球に落ちず回るための速度ということでしょうか。

なので引力の弱くなっている遠方では第一宇宙速度以下の速度でも地球を回れるし同時に第二宇宙速度以下の速度でも地球の引力圏外に脱出できるということですね。

＞第２宇宙速度は高度無限大の所に存在した初速０の物体が、引力に引かれて地表に落下した場合の速度でもある
ということは第二宇宙速度＝（大気の無い状態で）地球の引力によって出うる物体の速度の最大値ということですね。それほどまでに地球の引力は強いんですね。大気の粘性というのはもの凄いんだなと思いました。

お礼日時：2009/10/07 05:19

No.47 回答者： kagakusuki 回答日時： 2009/10/06 20:21

　回答番号：No.16への補足で

>静止しているといっても地球の公転には同期しているという仮定でお願いします。

とありますが、地球が公転しているのは、太陽の重力があるからです。
　太陽の重力の存在下で、太陽までの距離が地球とは異なる円軌道を描いて、太陽を回る物体の公転周期は、地球の公転周期とは異なるため、地球に対して静止出来ません。
　又、地球と同じ公転軌道上に存在して、地球の前(又は後ろ)を回る物体が、地球の重力に引かれて軌道速度が減速(加速)すると、nananotanu様が回答番号：No.13で書かれた、スペースシャトルとISSのドッキングの話の様に、反って地球から離れる事になります。
　地球と物体と太陽が、ラグランジュポイントと呼ばれる特殊な位置関係にあれば、物体は地球の公転と同期した状態を保てますが、そこから物体を地球に近づけると位置関係が崩れるため、同期しなくなります。
　話を単純化するためには、地球の公転に同期させるよりも、宇宙に地球と物体のみ存在していて、物体は地球の周囲を公転しておらず、初期状態において物体と地球の間の距離が変化しない、と言う状況を仮定すれば良いと思います。
　それならば、物体は地球に向かって真っ直ぐ落ちて行きます。
　静止軌道と同じ、赤道上空高度35786kmから落ち始めた場合には、高度80kmまで落ちると物体の速度は約10.2km/sになります。
　尚、以上の話は、地球や太陽の重力に逆らう力が存在しない場合について述べたもので、推進剤があればロケット等を用いて、減速して地球に対して静止したり、軌道速度以下でも重力に逆らって高度を維持する事は可能です。

この回答へのお礼

地球の公転に同期する静止した物体＞これは広く見ると仮定の時点で間違えてたんですね。太陽ありきでの公転ですよね。

私の最初の疑問を紐解いていくと地球の引力だけでそこまで加速するのだろうかという疑問が始めでしたので＞宇宙に地球と物体のみが存在していて、初期状態において距離が変化しないという仮定が一番だったと思います。
そうすると成層圏に到達する頃には既に約10,2km/sにまで達しているということで既に相当な高温になる速度ですね。なのであえて斜めに侵入して空気抵抗を少しづつ利用しながら約7.2km/sで侵入しそこから速度を熱量に変えながら徐々に減速しながら落ちてくるわけですね。

ただスペースシャトルとISSとのドッキングの話ではまだわからないことがあります、というか混乱している部分があります。軌道半径が小さくなると加速する。ということですが、まず一回減速して軌道半径を小さくすることにより加速して追いつき追い抜く。減速すると軌道半径が小さくなりさらにそこからまた加速するのでしょうか。ということは速度の遅くすると引力に引き寄せられ内側にくる。でも内側のほうが速度が速いということです。同じ運動エネルギーで半径が違う場合、内側のほうが早くなると言うのは分かりますが、一旦減速して運動エネルギーを殺してるのにそこからまた早くなると言うのがわかりません。まだ速度の速いものほど地球から大きな輪を描いて遠いところを回るんではないかという意識が捨てきれてません。これはケプラーの法則というのを根底から理解しなければならない所なのかも知れません。

お礼日時：2009/10/07 04:25

No.46 回答者： kagakusuki 回答日時： 2009/10/06 20:17

>『重力の加速によって、ではなく』『軌道運動のサガ、として』加速されていきます。

　「軌道運動のサガ」とは上手い表現だと思いました。
　高度が低下によって位置エネルギーの減少した分が、運動エネルギーに変化するため、『重力の加速によって』でも間違いとは言えません。
　余談ですが、地球から離れるほど重力が弱くなるため、位置エネルギーの変化量は、mghではなく、GMm{(1/r1)-(1/r2)}になります。(本題ではないため記号の意味は省略します)
　そして、nananotanu様が回答番号：No.13で言われている、ケプラーの法則による説明も間違いとは言えません。
　これは例えば、大気圏突入時に宇宙船の周囲の空気が高温となる事を説明する場合に、「衝撃波によって空気が断熱圧縮されるため」という説明も、「機体に衝突する大気の運動エネルギーが熱エネルギーに変換されるため」という説明も、どちらの説明も成り立つ事と同様に、現象の捉え方によって別の説明の仕方も出来ると言うだけの事です。

>軌道運動のサガというのは(中略)急に紐を短くした時に（例えば途中で急にロープを静止した棒に絡ませるなど）クルクルっと速度が速くなる現象でしょうか。

　nananotanu様が言われている軌道運動のサガというものが、ケプラーの第2法則が表している軌道運動の性質の事であるとすれば、物体を引張っているのが地球の重力と紐の張力という違いだけで、全く同じ現象です。
　正確にはエネルギーではなく、角運動量という物理学で扱う量が、保存される事によって起る現象なのですが、一般にはなじみの無い言葉なので、私は(それとおそらく他の回答者の方も)この言葉を使用する事を避けて、多少正確さを欠く表現を使っております。

この回答へのお礼

これは表現の違いですね。単語のチョイスの違いというか。他の回答者様もあえて厳密には正確さを少し欠いてもそこは無視してこの場合のケースを自分にわかりやすく説明できる言葉を使って説明してくれていたのかもしれませんね。

お礼日時：2009/10/07 03:59

No.45 回答者： kagakusuki 回答日時： 2009/10/06 20:11

　回答番号：No.12です。

>静止衛星から、仮に時速４ｋｍで人間なり物体なりを地球方向に射出した場合、時間はかかれど燃え尽きずに地球上に落下するという事でしょうか？

　既に他の回答者の方の御解答により、御理解されておられるようですが、静止衛星軌道上の物体は、地球の自転と同じ周期で公転しているため、地球上の同一地点の上空に留まっている様に見えるだけで、実際には水平方向にも動いていて、その速度は約3.07km/sです。
　水平方向に移動している物体から、鉛直方向に物体を投げ落としても、真下には落ちていかない様に、静止衛星から物体を地球方向に低速で射出しても、地球の方向には落ちて行きません。
　静止衛星軌道上の物体を地球に落とす為には、ロケットの逆噴射等により、水平方向に約1.50km/s減速して、速度を約1.57km/sにすると、空気抵抗を考えなければ約10.4km/sの速度で、地面に水平に衝突させる事が出来ます。
　地球に向かって加速するのは、効率が悪いため実用にはなりませんが、私の計算では真下に向けて約17.3km/sの速度で射出した場合、元からの水平速度と合わせて斜め下に約17.5km/sの速度となり、空気抵抗を考えなければ約20.3km/sの速度で、地面に水平に衝突させる事が出来ます。

この回答へのお礼

これまでの回答を誤解していたのか地球を回っている物体は全て第一宇宙速度以上だと勘違いしていたのですが、静止軌道上では約3.07km/sなんですね。第一宇宙速度で地球の自転と同期するためには地表から102000kmほど上空を飛ばないといけないということですね。それだと地球を公転できずどこかに行ってしまうんですよね。そのバランスが取れる位置が35786ｋｍということですね。静止衛星というと地球の表面辺りを飛んでる様に思いがちですが、地球の円周分くらい離れた所を飛んでるんですね。絵にするとかなり離れた所を回ってますよね。これは月でも同じことを思いました。

色々書いてきたんですが全て#12に要約されてるように思いました。
（大気がないと仮定）高度400kmから減速して80ｋｍまで降下する際に引力によって約7.67km/sから約7.95km/sまで加速する。この時あれ？第一宇宙速度は約7.91km/sじゃ？と思うんですけど、これは下降した320km分、第二宇宙速度に近づいてるんですね。

あれ？でもISSとスペースシャトルのドッキングの際はどうだろうと思ったのですが、その高度を維持しているエネルギーよりも、減速して引力のエネルギーにより得られるスピードのほうが、減速するための逆噴射ロケット、また同じ軌道に戻るための燃料よりも遥かに大きいんだと考えれば納得がいきます。ただ軌道半径を小さくして速度を上げても、また同じ軌道半径まで戻るのには相当な燃料が必要じゃないかなとも思いますが。。ここらへんは燃料によるのでたぶんそのほうが効率的なんだと思います。

＞高度０ｍ～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。＞
これが地表スレスレという認識ですね。誠にすいません。。

これらを元に考えると、天体に静止した地球と、静止した物体のみがあった場合、（物体を人間と同じ形、重さの人形だと仮定）厳密には大気圏にも熱圏や外気圏など層が非常に厚い部分があるらしく、宇宙空間にはならないと思いますが大気との摩擦が甚大になる部分より上50kmが真空状態であると仮定してそこから、4km/hで地球に鉛直に落下させると丁度一般的なスカイダイビングの落下速度の200km/hあたりで安定して30分ぐらいかけて燃え尽きずに落下していくのかなという感じに思いました。

お礼日時：2009/10/07 07:31

No.43 回答者： nananotanu 回答日時： 2009/10/03 11:10

#39＆40

>地球方向に射出したのにそれが一旦は上昇する
いえ。
本来なら(静止軌道ではないので)落下するはずですよね。それを「上昇しているから」「少なくとも最初は」「落下運動を打ち消されて」「見かけ上暫くは静止する」ということです。見かけ上"も"上昇するとは書いていないつもりでした(^^；
35786km(因みに、この数字は、「静止衛星(静止できて)見事なヤロー」で覚えれます)より低空では「(見かけ上)静止するためには自然の運動に抗した運動(エネルギーとでも言いましょうか)が必要だ」ということを強調する(分かっていただく)ために、このような表現にしていました。静止て見えるけど、上昇してるんです、本当は。

>どんな速度で射出しても半径が小さくなるにつれて加速していってしまうということですね
はい。
ただ、あまり射出速度が大きいと、その高度に見合った速度になる前にもっと下の新たな高度に移って・・・という いたちごっこ？ になると思います。その境目の射出速度が、直ぐには分からない、ということです。

>長々とお付き合い有難うございました。
いえいえ、ご理解の一助になれたなら、嬉しい限りです。

この回答へのお礼

見かけ上、上昇しているのではなく上昇エネルギーが働いているということですね。
「静止衛星(静止できて)見事なヤロー」とても参考になりました。自分で調べたところには載ってない情報でしたので。
＞あまり射出速度が大きいと、その高度に見合った速度になる前にもっと下の新たな高度に移って・・・＞
これが前述の逆に速い速度で射出したほうがゆっくりとした速度で落ちていくということですね。ただあまり速すぎるとその速度自体で燃え尽きてしまうという可能性もありますが＾＾：。これを計算するのが大変ですね。まずその物体が燃え尽きる温度が何度かにもよりますし。ちょっと計算してみようと思いましたがすぐ頭がパンクしそうになりました
ｗｗ。というより正確な情報が無さ過ぎるので無理かもしれません。

ある質量を持った物体（例えばスペースシャトル）が10ｋｍ降下する時にどれ位加速されるのか、この場合速度＝温度だと思いますので、同じ高度まで降下した時に、それよりも低い速度になる境目の射出速度が出せれば言い訳ですよね。
大気圏再突入の温度を縦軸、スピードを横軸にすると、カマの刃のような形をしてると思いますが、これよりも小さいカマの形であればあるほど最適な侵入角度と侵入速度になるわけですよね。まずこれは当然計算して最適な侵入角度で突っ込んでいるんだと思いますがｗ

あとはその軌道に最適な速度になる前にその高度を突っ切って次の高度まで到達することを繰り返している速度ならば既に相当な速度であるかもしれないという事ぐらいでしょうか
どちらにせよこの俺のお礼の内容も所々間違った部分がありそうだし、今の私には割り出せようもない値だと思います：：このことはまた勉強して励みたいと思います。＾＾v

お礼日時：2009/10/04 04:14