質問: ちょっと変な質問ですみません。 最初は「なぜ地球の重力を抜けるだけで時速2万kmなんて速度が必要?」 と質問しようと思ったのですが、類似質問を見て それは重力で自然落下しない為に 周回軌道に乗る為に必要な速度の事だと答えがわかりふと別の疑問が。 「大気圏脱出速度」っていう言葉を幾度が耳にした事が有るのですが、 (大気圏の定義もよく解ってはいないのですが) 単に地球の重力に逆らって地球から離れていくだけなら 別にこんな時速何万kmなんて速度は要らないのですよね? なぜこんな言葉を耳にするようになったのでしょうか。 類似質問で答えを知るまで、 突然上昇できなくなったりする変な壁でも有るのかな? 重力にそんな壁ありえないような? と激しい疑問を日々抱いていました。 何かとても紛らわしい表現な気がするのですが、 何故こう言われている・言われていたのでしょうか?
回答: 私も詳しい訳ではないので、詳細は別の方に期待してイメージ重視でお答えします。 ロケットなど、移動に掛かるエネルギーを燃料と言う形で自前で抱え込んで、常に移動力を制御化に置くのであれば、そうベラボウな速度は必要ありません。 重力に逆らって上り続けるだけのエネルギーを出し続けていられるなら、人が歩いているような速度のまま、宇宙へ出る事も可能です(理屈ではね)。 さて、野球のボールをピッチングマシンで、或いはその辺の石ころをカタパルト(投石器)等でブン投げる場合では、ボールや石は自らエネルギーを噴射して移動し続ける事は出来ません。 つまりこれらの場合は、ブン投げる時に与えられた最初のエネルギー(=質量×速度)が、移動に使う事の出来るエネルギーの全てです。 与えられたエネルギーが足らなければ、重力の影響や大気との摩擦により全て使い果たし、最終的には放物線を描いて地表に落下します。 さて、充分高く放り上げられて、そこで力尽き、これから放物線を描いて地表に向けて落下し始める。しかし地球が丸い為に放物線の先を何処まで伸ばしていっても地表に辿り着けない。何処までも何処までも落下し続ける。これが「周回軌道」と云うモノで、その高さまで放り上げる為に最初に与えられるエネルギーの中の「速度」の部分を「脱出速度」と云うのです(質量は先に決まっちゃてますからね)。 そしてまた、初速として「脱出速度」を遥かに超えたエネルギーを与えられれば、重力圏をぶっちぎって何処までも飛んで行きます。 あらましは大体こんな感じ。冒頭にお断りしましたとおり、詳しいモノでないので意図せず間違いを書いているかも知れませんが、これを手がかりに御自身で色々調べてみてください。