質問: 宇宙は無重力空間ではないと最近習いました。宇宙ステーションが無重力状態である と習ったのですが、例えば人が宇宙ステーションから出て、宇宙ステーションと身体が繋がっているような画像をどこかで見かけたこと
回答: どこで、誰に どういう意味で「無重力」に関して 聞かれたのかが不明ですが 一般的な表現で言う「無重力」と 厳密な物理学的な意味での「無重力」は 完全に別であり もう少し言えば「無重力」と「無重力状態」も 意味は違うと考えた方が正しいと言えます。 まず厳密な物理学で考える場合 「無重力」=「重力が無い」と考える場合 そんな場所は この宇宙にはどこにもありません! ・・というのが正確です。 つまり、重力は物質が持つ作用ですから 物質がある場所には 必ず「重力」は存在します。 しかも、この宇宙には 完全な「真空」は存在しないので 例えば何もない宇宙空間でも 原子や素粒子というレベルで考えると 必ず何か物質は存在するので 宇宙のどこにも そのレベルでは物質がない場所はなく どれほど小さい物質でも 存在する限りは、そこには「重力」があると言えるのです。 また「重力」の影響範囲は「無限」なので 例えば宇宙に物体が1つでもあれば その「重力」はどれほど遠い宇宙にも届いている事になります。 ちなみに宇宙飛行士などが 宇宙船などでフワフワしている状態を 一般には「無重力」と言っていますが 「相対的無重量状態」と言うのが正確です。 まず宇宙船や宇宙ステーションは 地球の周りをグルグル周回しています。 この時、地球からの重力と グルグル周回する遠心力が 釣り合っている事で 宇宙船や宇宙ステーションは同じ高度を ずーっと周回できるのです。 つまり、こうした物は 実はちゃんと重力によって 地球に引っ張られているのですが 速い速度でグルグル回っている事で 重力と同じ力の遠心力もかかっている事で バランスがとれているので 同じ高度をグルグルまわれています。 これは中に乗っている人も 地球に対して 宇宙船と同じ軌道・同じ速度で移動していますから 当然、同じ作用が働いていますので その結果として 地球が引っ張る力と 遠心力が釣り合う事で 宇宙船の中ではフワフワして見えるのですが 本当には地球の地面に対して 秒速7.9km(時速28000km/音速の23倍以上)という 凄まじい速度で実は移動しているのです。 宇宙飛行士が宇宙船の外に出る場合も 宇宙船との相対速度は ほぼ0ですから そこだけ見れば「フワフワ」ですが 地上との相対速度は 宇宙空間に居る宇宙飛行士も 音速の23倍以上で移動しているから 地球の重力と遠心力のつり合いで 宇宙船と同じ高度・同じ速度で平行移動しているから フワフワに見えるだけなのです。 宇宙ステーション内の 「無重力(正しくは無重力)」は あくまで宇宙ステーションと宇宙飛行士が 地球に対してすさまじい速度で平行移動しているから 「フワフワ」して見えているだけという事を 「無重力のように見える状態」と言う意味で 「無重力状態」(一般的には無重力状態)と略して言っている訳です。 >ステーションに引っ張られているから遠心力等 宇宙ステーションに引っ張られてはいません。 動く電車の中でボールを上に投げたら 電車の中の人には ボールはただ上に上がって 素直に落ちているように見えるでしょう。 それはボールも中の人も 電車と同じ速度で動いているからで 電車の外から見ると ボールは電車と同じ速度で 進行方向に移動しながら 電車の中で上下して見えます。 宇宙には空気抵抗がないので 宇宙ステーションから出た人は 空気で減速する事がないので 宇宙ステーションから離れても その相対速度は宇宙ステーションと同じまま移動するので ロープ無しでも宇宙飛行士はステーションと平行移動し続けます。 しかし、それを地球から見れば 宇宙ステーションと宇宙飛行士が 音速の23倍以上で平行移動しているように見える訳です。 そして、その物凄い移動速度により 宇宙ステーションも 平行移動する宇宙飛行士も 地球の重力とグルグル回る軌道の遠心力が釣り合って 同じ高度を飛行し続けているのです。 宇宙ステーションも宇宙飛行士も 高度が400km以上の高さを飛行しているので 地面との距離が遠すぎて 凄い速度で飛んでいる風に見えないので 近くにある 平行移動する物体(宇宙ステーション)との 相対速度がほぼ0なので この2つだけを見ると フワフワ見えてしまい 「無重力だ!」と思ってしまう訳ですが それは錯覚であり 実際にはステーションと飛行士は 1時間半で地球を1周する速度で移動しているのです!