【衝撃】人工衛星は落ち続けている！？知らないと損する、地球の周りを回るたった2つの理由

夜空の星、実は人工衛星かも？「なぜ落ちないの？」そのギモン、5分で完全解決します！

ふと夜空を見上げたとき、星と同じようにキラリと光りながら、すーっと動いていく光点を見たことはありませんか？

「流れ星かな？」なんて思ったりもしますが、その多くは、実は私たちの生活を支えてくれている「人工衛星」です。

GPSでの道案内、天気予報、BS放送など、今や人工衛星はなくてはならない存在。でも、冷静に考えてみると不思議じゃないですか？

「あんなに速く動いてるのに、なんで地球に落ちてこないんだろう？」 「逆に、なんで宇宙の彼方に飛んでいっちゃわないの？」

子供に「なんで？」と聞かれても、自信を持って答えられる大人は意外と少ないかもしれません。

「重力と…なんか、こう…飛んでいく力が釣り合ってるから…？」

そんな、フワッとした理解で終わらせてしまうのはもったいない！

この記事を読めば、あなたはその長年の疑問から解放されます。難解な物理法則の数式は一切使いません。身近な例え話を交えながら、「なるほど！」と膝を打ち、誰かに話したくなるような面白い知識が身につきます。

この記事を読み終える頃には、あなたは「人工衛星が地球の周りを回る理由」を完璧に理解し、夜空を見上げるのが今よりもっと楽しくなっているはずです。さあ、一緒に宇宙の壮大なカラクリを解き明かしていきましょう！

【結論】衝撃の事実！人工衛星は「永遠に地球に落ち続けている」から周回できる

いきなり結論からお伝えします。度肝を抜かれるかもしれませんが、これが真実です。

人工衛星が地球の周りを回る理由は、地球の中心に向かって「永遠に落ち続けている」からです。

「え？落ちてるなら、なんで地面にぶつからないの？」と思いますよね。

その秘密は、人工衛星が持つ驚異的な「横方向へのスピード」にあります。前に進み続けようとする力（慣性）と、地球に引っ張られる力（重力）が絶妙なバランスを取ることで、地球の丸みに沿ってカーブを描きながら、永遠に落下し続ける…これが、人工衛星が地球の周りを回るという現象の正体なんです。

まるで、投げたボールが地面に着く前に、地面の方がカーブして逃げていくようなイメージ。この衝撃的な事実を頭の片隅に置きながら、これからその詳しい仕組みをステップバイステップで見ていきましょう。

【STEP1】全ての始まりはリンゴから？まずは「重力」をサクッと理解しよう

人工衛星の話をする上で、絶対に避けては通れないのが「重力」です。

「重力なんて知ってるよ、モノが下に落ちる力でしょ？」

その通りです！でも、もう少しだけ深掘りさせてください。この重力の本質を掴むことが、人工衛星マスターへの第一歩になります。

「万有引力」ってなんだっけ？難しい話は抜きで解説！

重力は、正式には「万有引力」と呼ばれます。かの有名な科学者アイザック・ニュートンが、木からリンゴが落ちるのを見て発見したと言われていますよね。

この万有引力のすごいところは、「質量を持つすべてのモノは、お互いに引き合う」という点です。

そう、あなたと、今あなたが持っているスマホの間にも、実は引力が働いています。ただ、あまりにも小さすぎて全く感じられないだけ。

一方で、地球のようにとてつもなく大きな質量を持つ天体は、私たち人間やリンゴ、建物など、地上のあらゆるものを強力に引きつけています。これが私たちが普段「重力」と呼んでいるものの正体です。

ポイント：

• 質量があるもの同士は、みんな引き合っている。
• 地球がデカいから、地球の引力が圧倒的に強い。

この「引き合う力」は、地球と地上のモノだけでなく、地球と月、太陽と地球といった、宇宙空間に浮かぶ天体同士の間でも強力に働いています。人工衛星も例外ではなく、常に地球の中心に向かって引っ張られている、ということをまずはしっかりイメージしてください。

【創作エピソード】僕が重力に目覚めた日

ちょっと私の個人的な話をさせてください。私が小学生の頃、夏休みの自由研究で「無重力」について調べていたんです。当時は「宇宙＝無重力」と単純に考えていて、「宇宙に行けば重力がなくなるんだ！すごい！」なんてワクワクしていました。

でも、調べていくうちに、国際宇宙ステーション（ISS）がある高度約400kmでも、地上の約90%の重力があることを知ってしまったんです。

「え、じゃあなんで宇宙飛行士はプカプカ浮いてるの！？嘘じゃん！」

子供ながらに裏切られたような気持ちになって、図書館で必死に関連する本を読み漁りました。そこで出会ったのが、「自由落下」という言葉。この「落ち続ける」という概念が、当時の私の宇宙観を180度ひっくり返しました。この時の衝撃が、私が宇宙の仕組みにのめり込むきっかけになったんです。多くの人が抱く「宇宙＝無重力」というイメージ、実はちょっとだけ違うんですね。この話は後ほど詳しく解説しますので、お楽しみに！

【STEP2】投げる速さがカギ！「ニュートンの大砲」で解き明かす人工衛星の原理

さて、重力のイメージが掴めたところで、いよいよ本題の「人工衛星が地球の周りを回る理由」に迫っていきましょう。ここで登場するのが、ニュートンが考えた「ニュートンの大砲」という思考実験です。 これが、人工衛星の原理を直感的に理解するための最強のツールなんです。

思考実験！世界一高い山からボールを投げたらどうなる？

想像してみてください。あなたは今、空気抵抗がないと仮定した地球で、とてつもなく高い山の頂上に立っています。ここから、キャッチボールのように真横にボールを投げたらどうなるでしょうか？

• 軽く投げる（A）: ボールは少し飛んだあと、重力に引かれて放物線を描き、地面に落ちます。
• もう少し強く投げる（B）: もっと遠くまで飛びますが、やがて同じように地面に落ちます。

ここまでは、日常の感覚と同じですよね。問題はここからです。

速度を上げていくと、衝撃の結末が！

もし、人間離れしたパワーで、もっともっと速いスピードでボールを投げたらどうなるでしょう？

• ものすごく速く投げる（C）: 投げる速度をどんどん上げていくと、ボールが地面に落ちるまでの距離もどんどん伸びていきます。そして、ある特定の速度に達した瞬間、ボールは地面に落ちることなく、地球の丸みに沿ってカーブし続け、ぐるっと一周してあなたの後ろ頭に戻ってくるんです！ これが、人工衛星が誕生する瞬間です。
• さらに速く投げる（D）: この速度を超えると、ボールはきれいな円ではなく、少し歪んだ楕円を描いて地球を周回するようになります。
• 限界を超えて投げる（E）: そして、さらに速度を上げすぎると、ボールは地球の引力を振り切ってしまい、二度と戻ってくることのない宇宙の彼方へ飛んでいってしまいます。

この思考実験が教えてくれるのは、「横方向への猛烈なスピード」こそが、人工衛星が落ちてこないためのカギだということです。

プロの視点：「打ち上げ」で一番大事なこと

ここで、ロケット打ち上げのプロの視点を少しだけご紹介します。多くの人は、ロケットの打ち上げと聞くと「ひたすら真上に高く上がっていく」イメージを持つかもしれません。しかし、人工衛星を軌道に乗せる上で本当に重要なのは、「高さ」よりも「水平方向の速度」を稼ぐことなんです。

ロケットは、ある程度の高さまで上昇すると、徐々に機体の向きを水平方向に傾けていきます。そして、目標の高度で人工衛星を切り離す際に、この「ニュートンの大砲」でいうところの「ものすごく速い横方向のスピード」を与えているのです。この緻密な制御こそが、打ち上げ成功の心臓部と言えるでしょう。

【衝撃の事実】人工衛星は「落ち続けている」？常識が覆る本当の姿

「ニュートンの大砲」で、速度が重要だということはお分かりいただけたと思います。ここで、冒頭の結論「人工衛星は永遠に落ち続けている」という話に戻りましょう。

「落ちる」の本当の意味

「ニュートンの大砲」で、人工衛星になったボール（C）を思い出してください。あのボールには、常に地球の中心に向かって重力がかかっています。つまり、ボールは常に地球に向かって「落ちて」いるんです。

ただ、ボールが持つ猛烈な横方向へのスピードのおかげで、1秒間に落ちる距離と、ボールが進むことで地球の地面がカーブして下がる距離が、ちょうど同じになります。

その結果、ボールは永遠に地面にたどり着くことなく、地球との高度を保ったまま周回し続けることができるのです。

> SNSの声（創作）

> > 「え、待って。人工衛星って落ち続けてるから落ちてこないってどういうこと！？ パラドックスみたいで頭バグるw でも、地球が丸いからっていう説明でなんとなくイメージできた！すごい！」 > > — @space_lover_taroさん

そう、人工衛星は「落ちていない」のではなく、「地面にぶつからないように、絶妙なバランスで落ち続けている」というのが正確な表現なのです。

国際宇宙ステーション（ISS）の「無重力」も同じ原理！

この「落ち続ける」という現象は、国際宇宙ステーション（ISS）の宇宙飛行士たちが体験する「無重力状態」とも密接に関わっています。

先ほど、ISSの高度でも地上の約90%の重力があると説明しました。ではなぜ、彼らはプカプカと浮いているのでしょうか？

それは、ISSも、その中にいる宇宙飛行士も、中の機材も、すべてが同じ速度で地球に向かって「自由落下」しているからです。

遊園地のフリーフォールに乗った時、一瞬フワッと体が浮く感覚がありますよね。あれを永遠に続けているのがISSの状態です。 ISSという「箱」も、中の人間も一緒に落ちているので、相対的に重さを感じなくなる、というわけです。

絶妙なバランスが命！人工衛星が地球の周りを回り続けるための「2つの力」

ここまでをまとめると、人工衛星が地球の周りを回り続けるためには、2つの力の絶妙なコンビネーションが必要だということがわかります。

1. . 地球の中心に向かって引っ張る力（重力）
2. . まっすぐ進み続けようとする力（慣性）

ビー玉を糸で結んで、指を中心にぐるぐる回すのを想像してみてください。

• 糸がビー玉を引っ張る力が「重力」です。もし糸が切れれば、ビー玉は接線方向にまっすぐ飛んでいってしまいます。
• ビー玉がまっすぐ飛んでいこうとする力が「慣性」です。

この2つの力が常につり合っていることで、ビー玉はきれいな円を描いて回り続けることができます。人工衛星と地球の関係も、これと全く同じです。

「遠心力」という言葉のワナ

「重力と遠心力が釣り合ってるからじゃないの？」と思った方もいるかもしれません。その説明も、感覚的には分かりやすいですし、間違いではありません。 自動車でカーブを曲がる時に外側に引っ張られるように感じる、あの力が遠心力です。

しかし、物理学の世界では、遠心力は「見かけの力」とされています。より本質的な説明は、やはり「まっすぐ進もうとする慣性」と「内側に引っ張る重力」の関係で理解するのがベストです。

> ちょっとした失敗談（創作）

> > 昔、理科の授業で「人工衛星は遠心力で飛んでる！」と自信満々に発表したことがあるんです。そしたら先生に、「うーん、それも一理あるけど、高校物理では『慣性』で説明するともっとエレガントだよ」と優しく指摘されました（笑）。当時は「どっちでもいいじゃん！」と思いましたが、今ならその違いがよくわかります。本質を理解すると、応用が効くんですよね。

この「慣性」と「重力」のバランスという視点を持つと、次のステップである「速度」の重要性がよりクリアに見えてきます。

速すぎても遅すぎてもダメ！軌道を決定づける「第一宇宙速度」とは？

「ニュートンの大砲」の例で、人工衛星になるには「ちょうどいい速度」が必要だと説明しました。この「ちょうどいい速度」、実は具体的な数値が決まっています。それが「第一宇宙速度」です。

時速28,400km！音速の23倍の世界

地表すれすれ（空気抵抗がないと仮定）で人工衛星になるために必要な速度、それが第一宇宙速度で、その値は秒速約7.9kmです。

時速に直すと、約28,400km/h。

…と言われても、ピンとこないですよね。身近なものと比較してみましょう。

乗り物・現象	速度（時速）	第一宇宙速度との比較
新幹線（N700S）	約300 km/h	約95倍遅い
ジェット旅客機	約900 km/h	約32倍遅い
音の速さ（マッハ1）	約1,225 km/h	約23倍遅い
第一宇宙速度	約28,400 km/h	–

まさに桁違いのスピードです。この速度で地球を一周すると、たったの約1.4時間。 東京からブラジルまで、コーヒーを一杯飲んでいる間に着いてしまうような感覚です。ロケットがいかにとてつもないエネルギーを使って、人工衛星をこの猛烈なスピードまで加速させているかが分かります。

速度が変われば運命も変わる！宇宙速度の兄弟たち

実は、この「宇宙速度」には兄弟がいます。人工衛星の運命は、この速度によって大きく変わるのです。

• 第一宇宙速度（秒速7.9km）: 地球を周回する人工衛星になるための最低速度。
• 第二宇宙速度（秒速11.2km）: 地球の引力を振り切り、太陽の周りを回る「人工惑星」になるための速度。「地球脱出速度」とも呼ばれます。
• 第三宇宙速度（秒速16.7km）: 太陽の引力さえも振り切り、太陽系の外へ飛び出していくための速度。「太陽系脱出速度」と呼ばれます。

あの有名な惑星探査機「ボイジャー」は、この第三宇宙速度を超えて、今もなお広大な宇宙空間を旅し続けています。人工衛星の速度は、その目的によって厳密にコントロールされているのです。

私たちの生活はどう変わる？人工衛星がもたらす驚きの恩恵

さて、「人工衛星が地球の周りを回る理由」を理解したところで、少し視点を変えてみましょう。夜空を静かに飛び交う彼らが、私たちの日常をどれだけ豊かにしてくれているか、ご存知ですか？

もはやインフラ！人工衛星なしでは成り立たない現代社会

人工衛星の役割は多岐にわたりますが、大きく分けると以下の3つに分類できます。

衛星の種類	主な役割	具体的な利用例
測位衛星	地上での正確な位置を測定する	・GPS（カーナビ、スマホの地図アプリ） ・時刻同期（金融取引、電力網）
通信・放送衛星	電波を中継し、情報を遠くまで届ける	・BS/CS放送、衛星電話 ・船舶や航空機のインターネット通信 ・災害時の通信確保
地球観測衛星	地球の様々な様子を宇宙から観測する	・気象衛星（天気予報） ・災害状況の把握（地震、洪水、森林火災） ・農作物の生育状況監視、漁場予測 ・環境問題の監視（森林伐採、温暖化）

こうして見ると、私たちが当たり前に使っているサービスの多くが、人工衛星技術の恩恵を受けていることがわかります。 もし、ある日突然すべての人工衛星が機能しなくなったら…社会は大混乱に陥ってしまうでしょう。

【意外な発見】カーナビが正確なのはアインシュタインのおかげ！？

GPS衛星に関する面白いトリビアを一つ。GPS衛星は、地上から約2万kmという非常に高い軌道を、猛烈なスピードで飛んでいます。ここで、アインシュタインの相対性理論が関係してきます。

1. . 特殊相対性理論: 速く動く物体の時間は遅く流れる。→ GPS衛星の時計は、地上の時計よりわずかに遅れる。
2. . 一般相対性理論: 重力が弱い場所の時間は速く流れる。→ GPS衛星は地上より重力が弱いため、時計はわずかに速く進む。

この2つの効果を合算すると、GPS衛星の時計は地上の時計よりも「1日に約38マイクロ秒」だけ速く進むことになります。もしこの時間のズレを補正しないと、GPSの位置情報は1日に10km以上もズレてしまうんです！

私たちがスマホの地図アプリで迷子にならずに済むのは、100年以上前にアインシュタインが提唱した理論に基づいて、人工衛星の時間のズレを精密に補正してくれているおかげなんですね。

永遠には飛べない？人工衛星の寿命と「宇宙のゴミ問題」という現実

さて、ここまで人工衛星の素晴らしい活躍について見てきましたが、最後に少し現実的な問題にも触れておかなければなりません。それは、人工衛星の「寿命」と、それに伴う「スペースデブリ（宇宙ゴミ）」の問題です。

徐々に落ちてくる…低軌道衛星の宿命

「永遠に落ち続ける」と説明しましたが、実は地球のすぐ近くを飛ぶ低軌道衛星（高度2,000km以下）は、永遠には回り続けられません。

というのも、その高度にはごくごく僅かながら大気が存在しており、その空気抵抗によって衛星は少しずつスピードを失っていきます。 スピードが落ちると、地球の重力に勝ちきれなくなり、徐々に高度が下がってきてしまうのです。

多くの衛星は、燃料を使って時々軌道を修正しますが、燃料が尽きると、やがては大気圏に再突入し、燃え尽きてその一生を終えます。

忍び寄る脅威「スペースデブリ」

問題は、役目を終えた衛星や、打ち上げに使われたロケットの部品、さらには衛星同士の衝突によって発生した破片など、制御不能になった人工物が軌道上にゴミとして残り続けていることです。 これが「スペースデブリ」です。

現在、観測可能な10cm以上のデブリだけでも約3万個以上、1cm以上のものになると数10万個以上存在すると言われています。

これらは秒速7〜8kmという弾丸以上のスピードで飛び交っているため、たとえ小さな破片でも、運用中の人工衛星や国際宇宙ステーションに衝突すれば、甚大な被害をもたらす可能性があります。

> プロの視点：宇宙の交通整理が急務

> > このデブリ問題は非常に深刻で、「ケスラーシンドローム」という懸念も指摘されています。これは、デブリの衝突が連鎖的に発生し、自己増殖的にデブリが増え続け、特定の軌道が使えなくなってしまうという悪夢のようなシナリオです。 > > 現在、デブリの軌道を監視して衝突を回避する取り組みはもちろんのこと、アストロスケールのような民間企業が、デブリを捕獲して除去する「宇宙の掃除屋」のような技術開発を進めています。 今後の持続可能な宇宙開発のためには、こうした技術の確立が急務となっています。

まとめ

今回は、「人工衛星が地球の周りを回る理由」という壮大なテーマを、できるだけ身近な言葉で解説してきました。最後に、この記事の要点を振り返ってみましょう。

• 人工衛星は「地球の引力」に引かれながら、「前に進む力（慣性）」によって、地球の周りを回り続けています。
• その本質は、地球の丸みに沿って「永遠に落ち続けている」状態であり、地面に衝突することはありません。
• 人工衛星になるためには、「第一宇宙速度」と呼ばれる時速約28,400kmもの猛烈なスピードが必要です。
• 人工衛星はGPSや天気予報など、私たちの生活に不可欠な存在ですが、一方で「スペースデブリ」という深刻な問題も抱えています。

この記事を読んで、人工衛星に対する見方が少し変わったのではないでしょうか。次に夜空で動く光点を見つけたら、ぜひ今日の話を思い出してください。「ああ、あいつは今、猛烈なスピードで地球に落ち続けているんだな…」と。

その小さな好奇心と知識が、あなたの日常を少しだけ豊かにし、宇宙という壮大な世界への新しい扉を開いてくれるはずです。空を見上げるのが、きっと今までよりもっと楽しくなりますよ。

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