月や人工衛星はなぜ落ちてこない？

概要
なぜ落ちてこないのでしょうか？

詳細
月や人工衛星はなぜ落ちて来ないのでしょうか。
こういう質問をすると、さも全宇宙の知能を従えている、と言わんばかりの学者小僧が、
「そんなことも知らないのかね。無知とは哀れなものだな。
いいかい、地球には引力があることぐらいは知っているよね。
月はその地球の引力に縛られて、引力圏を脱出しないまま、地球の周りを公転しているんだ。つまり、これは地球に落ちてこないのではなく、永久に落ち続けているんだよ。
このQAシステムは、わからないことを質問する場所ではあるがあまりにも幼稚な質問をすると笑われるよ。まあ、今回は僕のような心の広い大人物が回答者だったから良かったものの、次回以降はもう少し知識を蓄えてからの方がいいだろうね。」
などの回答をしてきますが、そのような通り一遍の回答は結構です。んなもん、教科書やらモノの本を読めば載ってますから。

私が知りたいのは、なぜ、地球の引力圏を飛び出すか、それとも引力に負けて地上に落ちてくるか、というギリギリの狭い範囲の間を、数十億年もの長い間、保ち続けているのでしょうか？
ということです。人工衛星のスピードは秒速約8kmと聞きます。これ以上速度が落ちると引力に負けて落下するそうです。この秒速約8kmという途轍もないスピードで地球の周りを回っているわけですが、少しでも周回軌道が下向きになればこれまた落下し、少しでも周回軌道が上向きになればこれまた地球を離れて宇宙のはるか彼方いとんでいくでしょう。

車の運転をする方ならお分かりと思いますが、車庫入れや縦列駐車のような低速走行の場合は誤まってハンドルを半周回してもその後の操舵の修正は効きます。しかし、高速道路では拳一つ分ハンドルを切っただけで相当走行ラインは変わってきます。F1などなら一瞬にしてクラッシュするでしょう。秒速約8kmでの軌道コントロールなど想像もつきません。

このように非常に高速で超微妙なコントロールを必要とされる月や人工衛星はなぜ落ちて来ないのでしょうか?
「地球の引力圏の縛り」というものと「地球脱出速度」というもののバランスが非常にゆるくて、例えば
「月は公転半径が今の十倍になっても、今の十分の一になっても、今と変わらず回り続ける。
だから月が落ちてくる心配もなければ、宇宙の彼方に飛んで行ってしまうこともない。
そのぐらい、この二つのバランスは適当でいい加減なもんなんだよー。
山の手線が三分おきに入線して、その間隙をぬって京浜東北線が入線してくるようなダイヤを運行できる日本人にとっては信じられないようないい加減さだけど、宇宙って結構いい加減な空間なんだよ。」
という程度のものなのでしょうか?


追伸
「神様がそのようにお造りになったのです。」
という勧誘は結構です。

追伸2
「京浜東北線という路線はありません。あれは東北本線と、云々カンヌン」
という回答も要りません。

No.12 回答者： nananotanu 回答日時： 2013/02/21 00:16

遠心力は見かけの力なので、つりあいませんよ。

ま、其れを理解して更に超越したところに居られるようですが(嫌味ではなく、純粋に褒め言葉です)

この回答へのお礼

ご回答ありがとうございます。

お礼日時：2013/02/27 08:53

No.11 回答者： tknakamuri 回答日時： 2013/02/20 13:01

>このように非常に高速で超微妙なコントロールを必要とされる月や

>人工衛星はなぜ落ちて来ないのでしょうか?

重力が必要な超微妙なコントロールをやってのけるからです。

重力は人間のようにハンドルを切り間違えることはありません。
万有引力の法則にしたがってものに加速度が与えるだけです。

理論上、２体しかなければ互いに永遠に楕円軌道を回る続けるか、
十分な速度があれば、互いを振り切って永遠に離れてしまいます。

なぜそうなるかは実際に運動方程式を解くか、数値シミュレーションを
やってみるのが一番でしょう。

もちろん他の天体の衝突や接近で軌道がずれれば、おっこちてくるかも知れません(^^;

この回答へのお礼

ご回答ありがとうございます。

>重力が必要な超微妙なコントロールをやってのけるからです。


ぶれてばかりの日本の政治もコントロールしてほしいものですね。

お礼日時：2013/02/27 08:52

No.10 回答者： ORUKA1951 回答日時： 2013/02/19 10:01

質問形態がイヤミに満ち溢れているような・・・

月の誕生
　現在では、太古の昔に他の天体が形成期の地球に衝突しその破片が集まって月を形成したという説が有力です。
公転や自転の由来
　最初にできた太陽系の原始円盤の角運動量が保存されている。

落ちない理由
　よく見かける高い塔から水平にボールを投げ出す説明図を想定してください。
　ある速度だと、ボールは地球を回り続けます。しかし、その前後の速度のときは
・地上すれすれまで近づいて再び上昇する。
・遠くに離れすぎて再び戻ってくるもの
・永遠に飛び去るもの
　があります。
　　いわゆる放物線、楕円軌道、双曲線軌道と呼ばれる円錐軌道の何れかになります。
　　円錐をその斜面の角度と平行にスライスすると放物線。それ外は楕円か双曲線

　月の軌道は誕生以来徐々に遠ざかっています。地球の自転速度は徐々に遅くなっていています。月の自転速度は地球に同期してしまいました。
　これらは、互いの重力による潮汐で海洋や天体自身がゆがむことに角運動量が消費されるためです。
　遠い将来には、地球の自転速度と月の公転速度も一致してしまうでしょう。そのとき月は随分と遠くに行ってしまうでしょうね。

この回答へのお礼

ご回答ありがとうございます。

>遠い将来には、地球の自転速度と月の公転速度も一致してしまうでしょう。そのとき月は随分と遠くに行ってしまうでしょうね。

そのころは地球の公転半径も大きくなって、太陽は遠くなり、地球には生物の生命維持に必要な光量も乏しくなるのでしょうか？

>質問形態がイヤミに満ち溢れているような・・・

最近、回答者の中には「そんなことも知らないのか。この幼児め」といったようにイチャモンをつけるためだけに投稿してくる愚か者も多いんで、自衛のためです。

貴殿のようにわかりやすく丁寧に回答してくれる方ばかりですと良いのですが。

お礼日時：2013/02/20 22:48

No.9 回答者： nananotanu 回答日時： 2013/02/19 07:55

で、もう(こちらは)解決しているようですが、落ちてこないんじゃなくて、落ち続けているんですよ。

同時に前に進んでいるから、落ちた分と相殺されて、落ちていないように見える(円ではなく、小さな三角形の積み重ねとイメージしてください)。

前に進んでいるんだもの、落ちないならその間まっ真っ直ぐ、地球から離れて行っちゃうよ(^^)/

この回答へのお礼

ご回答ありがとうございます。

>落ちてこないんじゃなくて、落ち続けているんですよ。同時に前に進んでいるから、落ちた分と相殺されて、落ちていないように見える(円ではなく、小さな三角形の積み重ねとイメージしてください)。

天文学とかロケットの本にはこういうことが書いてありますが、これって人によっては理解できず、誤解を生むもとになると思うんですけどね。教科書も、もうちょっと解りやすい的確な表現にしてほしいものですね。

よくあるパターンの
「落ちてこないのではなく、落ち続けている」
これ、絶対に誤解生む表現だわ。

理解できない人
「公転している物体が”落ちる”、ということは公転半径が短くなって、地球に近づくということ。
　”落ち続けている”とは、公転半径がどんどん短くなっているはず。
　では公転軌道を一周してきたら、一周前の高度と比較して絶対に二周目の高度は下がっていなくてはならないのに、なぜそれを”落ち続けている”と表現するのか？」

理解できている人
（にやにやしながら）
「だからさあ、落ち続けてるじゃん。落ちてるでしょ。落ちてるから地球の周りをまわってるのさ。理解できないかな？」

理解できない人
「いやー、その説明、さっぱり分かんない。落ちてるなら一周廻ってきたら高度は下がってるはずでしょ。何週も廻ればそのうち地表に落ちるでしょ。それが”落ち続ける”ってことでしょ。
　”落ち”、それを”続ける”んだから。
　何週も何百週も廻っていながら地面に落ちないなら、”ちっとも落ちてない”じゃん」

理解できてる人
「だから、落ちてるから廻ってるんだよ」


これじゃ禅問答ですね。この表現を使う限り、この表現で理解できない人は永久に理解できないとおもいますが。よく「わかりやすく別の物に例えるとさ、●●みたいなことだよ！」と言って、余計混乱させる人がいますが、その典型みたいなもんですな。この手の表現は絶対に教科書からは外した方が良い。
文章的表現で書くならば、
「遠心力と重力が釣り合って相殺するので、月、人工衛星はいつまでも公転を続ける」
でしょうな。これならポエム少女も理解できるはず。

>小さな三角形の積み重ねとイメージしてください)。

これって、要するに円の面積を求める際の証明として
「円は、半径を二辺、円周の一部を辺とする無限数の二等辺三角形の集合体と言い換えることができる。
　その無限数の三角形の総面積は円周*半径/2、これすなわち円の面積となる」
とした場合の、”無限の二等辺三角形の底辺を進んでいる”と考えろ、
って意味でしょ。
これも数学が苦手な人は理解できないでしょうね。（ま、私もそんなに数学が好きではないが）

ご回答ありがとうございました。

お礼日時：2013/02/20 22:39

No.8 回答者： nananotanu 回答日時： 2013/02/19 07:53

>たまたま条件がよかったんですね。

>なぜ、たまたま条件がいいのでしょうか？
物理の法則で、「勝手に」その速度に見合う軌道半径を「自動的に」とるだけなんです。速度が変われば、自動的に半径が変わる。

例えば、スペースシャトルが前のISSに接近しようと思ったら、エンジンを「ふかすのではなく」逆噴射するんですよ。


惑星の公転速度を調べてみてください。太陽から遠いほど、遅いでしょ？それぞれの速度に見合った軌道を回っている、ってわけ

この回答へのお礼

ご回答ありがとうございます。

>物理の法則で、「勝手に」その速度に見合う軌道半径を「自動的に」とるだけなんです。速度が変われば、自動的に半径が変わる。

ああ、そうなんですか。なかなか人間が日常生活の中で実体験できない感覚なので解りませんでしたね。

>惑星の公転速度を調べてみてください。太陽から遠いほど、遅いでしょ？それぞれの速度に見合った軌道を回っている、ってわけ

調べてみました。ごもっとも。

お礼日時：2013/02/20 22:13

No.7 回答者： Hayashi_Trek 回答日時： 2013/02/18 18:22

＞私が知りたいのは、なぜ、地球の引力圏を飛び出すか、それとも引力に負けて地上に落ちてくるか、というギリギリの狭い範囲の間を、数十億年もの長い間、保ち続けているのでしょうか？

うまい具合にフィードバックが働くからです。
もし何らかの外乱で、人工衛星が地球に近づいたら
人工衛星が地球に近づく→人工衛星の速度が上がる→人工衛星の遠心力が強くなる→人工衛星が地球から離れる
という現象が起きます。
同様に、何らかの外乱で、人工衛星が地球から離れたら
人工衛星が地球から離れる→人工衛星の速度が下がる→人工衛星の遠心力が弱くなる→人工衛星が地球に近づく
という現象が起きます。

いずれの場合も、地球と人工衛星の距離を一定に保つようにフィードバックが働きます。
ただし、あまり地球に近づきすぎると空気抵抗が大きくなり、速度が維持できなくなって地球に落ちてきます。（高度1000kmでもまだ薄い大気が存在します）

この回答へのお礼

ご回答ありがとうございます。

うまい具合にフィードバックが効くから落ちもしないし、離れもしないんですね。
落ちない、というより、
「落ちることもできないし、逃げて飛んでいくこともできない」
と考える方がいいのでしょうか？

お礼日時：2013/02/20 08:36

No.6 回答者： Mokuzo100nenn 回答日時： 2013/02/18 16:12

＞私が知りたいのは、なぜ、地球の引力圏を飛び出すか、それとも引力に負けて地上に落ちてくるか、というギリギリの狭い範囲の間を、数十億年もの長い間、保ち続けているのでしょうか？

引力圏を飛び出すものはとっくの昔に飛び出してしまい、
引力に負けて地上に落ちてくるものはとっくの昔に地球に落ちてしまい、
どちらでもない微妙な回転半径と回転速度の物体（＝月と呼ばれています）だけが未だに地球の周りをまわっているのです。

この回答へのお礼

ご回答ありがとうございます。

なぜ月はそのような微妙な回転半径と回転速度の物体になったのでしょうか？

お礼日時：2013/02/18 21:52

No.5 回答者： mapu2006 回答日時： 2013/02/18 16:09

どっちも落ちてきたら困るから落ちてこないのですよ。

この回答へのお礼

ご回答いただきましたが、唯物論でお願いします。

お礼日時：2013/02/18 21:50

No.4 回答者： juntsuboi 回答日時： 2013/02/18 15:49

こんにちは。

まず月ですが、
月は１年に１センチ位地球から離れています。
月に電波を反射する物を置いていて、
人類が月に行った証拠でもあります。

次に人工衛星ですが、
人工衛星は落ちる事はありますが、
大気圏で燃え尽くします。
ですから地球上に落下しないのです。

この回答へのお礼

ご回答ありがとうございます。

月は毎年1センチずつ離れているのですね。

>人工衛星は落ちる事はありますが、
大気圏で燃え尽くします。
ですから地球上に落下しないのです。

いえ、そういうとんち問答じゃなくて。。。

お礼日時：2013/02/18 21:49

No.3 回答者： tetsumyi 回答日時： 2013/02/18 15:42

月や人工衛星は落ちてこない、なんて大嘘です。

月や人工衛星は地球に落ちています。
どんどん落ちているのですが地球が丸いために落ちた分だけ地面が下がるので、いつまで経っても地面に近付けないだけです。
地球が出来る時期に周囲にあった物で速度が足りなかった物は既に地球にぶつかって地球の１部となったでしょうし、
速度が速かった物は遠くに飛んで行ってしまっています。
それで今残っている物はバランスを保っていると言うより、たまたま条件が良かった物です。

人工衛星はこの落ちることが出来ない速度になるように、ロケットで燃焼時間を調整してスピードを与えているだけです。
ロケットで打ち上げられた状態では地球に落ちてこないもののかなり適当な楕円軌道となっていますから、実際に人工衛星は目的の高度、角度にするために、何回も何十回もジェット噴射して軌道修正します。

この回答へのお礼

ご回答ありがとうございます。

たまたま条件がよかったんですね。
なぜ、たまたま条件がいいのでしょうか？
軌道修正するためのジェット燃料が尽きてしまったらどうするんでしょうか？

お礼日時：2013/02/18 21:48