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スペースシャトル上部から、質量の小さいひもつきの人工衛星(こども衛星)を放出すると、それぞれの軌道はどうなるのでしょうか

スペースシャトルはもともとの飛行軌道よりも低い軌道、こども衛星はスペースシャトルよりも高い軌道を飛行します。

「こども衛星」の質量は小さいため、スペースシャトルと衛星全体の重心はスペースシャトル本体のすぐそばにあります。上下に分かれると、両者の関係は、高い軌道と低い軌道で安定します。これは地球からの万有引力と遠心力がつり合う位置が重心となっているためで、高い軌道の方が地球から引かれる力は小さくなります。

こども衛星を放出して飛行している状態
 一方、同じ回転速度なら、回転半径が大きいほど、遠心力は大きくなります。したがって、高い軌道になった方はどんどん上に引かれ、低い軌道の方は下がっていきます。ひもがピンと張った状態で安定するのです。

 つまり、万有引力と遠心力のバランスが破れた差額分は、ひもの張力が補ってくれるのです。

 ところで、スペースシャトルは新しい人工衛星を打ち上げるほかに、古い人工衛星を回収したりもしますが、軌道を調節するのは結構むずかしいのです。前方を飛んでいる人工衛星に近づきたいとき、ロケットを噴射してスピードを上げると、そのエネルギーで高い軌道に移ってしまい、かえって遅れてしまうからです。かえって、スピードを落とし、低い軌道に移って先に行く必要があるのです。

 このような、万有引力と遠心力の微妙なバランスを、地上で生活する私たちも実感することができます。実は、「潮汐力(ちょうせきりょく)」という、文字通り、潮の満ち引きを引き起こす力がそれなのです。月は地球の周りを公転していますが、正しくは、お互いに回り合っているのです。

月から見て、近い側と遠い側が満ち潮になる。
 万有引力と遠心力がつり合っているのは、それぞれの重心についてであり、お互いの手前側と反対側は、つり合いが破れています。この部分の海水が盛り上がって、満ち潮になります。地表面は自転しているため、1日2回、潮の満ち引きがくり返されます。

※特に断りのない限り、画像クレジットは©JAXA