宇宙のふしぎ

人工衛星はなぜ落ちてこないの？ ― 落ち続けるという答え

空高くを回り続ける人工衛星。重力ははたらいているのに、どうして落ちてこないのでしょう。じつは衛星もずっと「落ち」続けています。それなのに地面に届かないのは、横にとても速く進んでいるから。今回は「軌道」というふしぎな落ち方の話です。

イメージ準備中ニュートンの大砲：高い山から水平に発射、速いほど遠くへ落ち、十分速いと地球を一周する弧。ライト基調・手描き線・朱の軌道線。

かんたんな答え

まず結論から

人工衛星はずっと落ちている。

衛星にも地球の重力がはたらき、つねに地球へ落ち続けています。それでも地面に届かないのは、横方向にとても速く進んでいるから。落ちた分だけ丸い地面が逃げていくので、いつまでも回り続けます。この「落ち続ける状態」こそが軌道です。

代表的な軌道の高度と地球を一周する時間
ISS（国際宇宙ステーション）	高度約400kmを秒速約7.7kmで回り、約90分で地球を一周します。条件がそろえば肉眼でも見えます。
静止衛星	高度約36,000kmを24時間で一周します。地球の自転と同じ周期なので、地上からはいつも同じ位置に止まって見えます。

数字はおおよその目安です。高い軌道ほどゆっくり回るため、地球を一周する時間が長くなります。

イメージ準備中地球の弧の上に、落下する点線と、横速度ベクトルで円軌道になる衛星。ライト基調・朱のベクトル矢印。

図：まっすぐ落ちれば地面へ。横に十分速ければ「落ち続けながら」回り続ける＝軌道。

衛星も重力で落ちている宇宙には重力がない、と思われがちですが、そんなことはありません。人工衛星にも地球の重力がはたらき、つねに地球へ向かって「落ち」続けています。重力が消えているわけではないのです。
横に十分速く動いている衛星はまっすぐ下に落ちるのではなく、地面と平行な向き（横方向）にも、ものすごい速さで進んでいます。低い軌道を回るには、秒速約7.9km（第一宇宙速度）という猛烈な速さが必要です。
落ちる分だけ丸い地面が逃げ、回り続ける落ちて高さが下がるあいだに、横へ進んだ先の地面は丸い地球のぶんだけ遠ざかっています。落ちても落ちても地面に届かず、ぐるりと回り続ける――これが「軌道」です。

「宇宙には重力がないから、衛星も人も浮いている」わけではない

高度400km付近でも、地球の重力はしっかりはたらいています。衛星が浮いているように見えるのは、機体も中の人も同じように「落ち続けている」から。重力が消えたのではなく、みんなで自由落下しているのです。

人工衛星はなぜ落ちてこないのですか？

じつは衛星もずっと「落ちて」います。ただし横方向にとても速く進んでいるため、落ちた分だけ丸い地球の地面が下へ逃げていき、いつまでも地面に届きません。落ち続けながら回り続けるこの状態を「軌道」と呼びます。

落ちているのに、どうして地面にぶつからないのですか？

地球が丸いからです。衛星が重力で少し落ちるあいだに、横へ進んだ先の地面も地球のカーブのぶんだけ遠ざかります。落ちる量と地面が逃げる量がつり合うと、衛星は同じ高さを保ったまま地球を回り続けます。

宇宙飛行士がふわふわ浮くのは重力がないからですか？

いいえ。宇宙飛行士は、衛星やステーションといっしょに自由落下しているため、浮いているように見えるだけです。重力が消えたのではなく、機体も人も同じように落ち続けているので、体重を感じない「無重力のように見える」状態になります。

静止衛星はなぜ空に止まって見えるのですか？

静止衛星は高度約36,000kmという高い軌道を回っています。高い軌道ほどゆっくり回るため、ここでは地球を一周するのにちょうど24時間かかります。地球の自転と同じ周期で回るので、地上からはいつも同じ位置に止まって見えます。

本記事の数値・定義は、以下の一次情報をもとに記載しています。