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なぜ、水星は太陽に落ちないのですか? 楕円軌道なら太陽に近づくとそのまま太陽に落ちそうな気がします。

回答(8件)

楕円軌道ですから、太陽に近づいて行くにしたがって公転速度が増していき、太陽に最接近するところ=近日点で公転速度はMAXになります。 公転速度が速いということは、公転による遠心力も大きくなり、それがちょうど太陽に落ちないギリギリの速度なのです。 反対に、楕円軌道ですから、太陽から遠ざかって行くにしたがって公転速度が落ちていき、太陽から最も遠い点=遠日点で公転速度はMINになります。 これがちょうど、太陽の引力をギリギリ振り切れない速度なので、太陽系を外れて宇宙の彼方へ飛んでいくことはせず、また加速しながら太陽に向かっていきます。 この繰り返しです。 これを、楕円軌道と言います。

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ざっくり言えば、惑星は太陽と惑星の間に働いている引力と同じだけの慣性力が太陽と反対側に働いているから、同じ軌道を維持出来るという事です。 尚、水星の公転速度が低ければ、とっくの昔に太陽に飲み込まれていましたが、水星は太陽に飲み込まれないだけの公転速度がもともと持っていたから、いまでも太陽に落ちないで太陽の周りを回っているという事です。

公転軌道を回っているということはすでに常に落っこちている(自由落下している)んだよ。地球も含めて。地球だってわずかに楕円軌道です。 もう少し言えば 太陽に近づく(太陽に落下していく) 落下することで位置エネルギーを失った分、加速する 加速によって太陽から離れようとする 離れた分位置エネルギーが増す そのため速度が落ちる 速度が落ちることで太陽に近づく これを繰り返しているだけ。

まず「太陽」の周りを回る「惑星」は 「太陽」からの重力と その周回運動時の「運動エネルギー(速度)」が 丁度、釣り合っている事で 「太陽」の周りを半永久的に周回し続ける事ができます。 まぁ、物凄く「雑な説明」をすると 「太陽」が「惑星」を引っ張る力と 「惑星」が公転する運動でおこる「遠心作用」が 丁度うまい具合に釣り合っている速度で 「惑星」は回っている訳です。 「重力」の強さは 「太陽」に近いほど強いので 「太陽」に一番近い「水星」の 公転速度は「太陽系内の惑星」では一番速い速度で 周回しています。 さて、そこで「惑星」は どれも「楕円運動」をしているのです ・・・が「太陽」から見て場合 その周りを「楕円運動」するという事は 「太陽に落下」ながら近づいては 再び「太陽から遠ざかる(高度を上げる)」 という動きを続けている訳です。 そこで「中学」で習った 「位置エネルギーと落下速度(運動エネルギー)」には 「エネルギー保存の法則」が適応されるという事を 思い出しましょう。 「地球」でボールを投げ上げると 最初は「位置エネルギー」が低く 「運動エネルギー(速度)」が高い(速い)状態ですが 上昇するに従って「重力」で減速されるので 「運動エネルギー(速度)」は失いますが それは同時に「位置エネルギー」が高くなるともいえる エネルギー変換が起こった状態とも言え この場合、どの位置においても ボールがもっている「全体のエネルギー量」 つまり「運動エネルギー+位置エネルギー」は 変化しないという事になる訳です。 やがてボールの「運動エネルギー(速度)」は止まり 「位置エネルギー」は最高点になると 次は「落下」する事で「位置エネルギー」が 「加速度」となって「運動エネルギー」に変化されてゆく ・・・となります。 「太陽」の周りを「楕円軌道」で回る「惑星」は 「楕円」の「遠く」にいる時は 「位置エネルギー」が一番高い状態になり その分「運動エネルギー」を失います。 (太陽から離れる過程で太陽に引っ張られるので ボールが減速するのと同じ原理な状態) やがて「惑星」は「楕円」の 一番遠い位置から 一番近い位置に移動すると そこまで持っていた「位置エネルギー」を 「運動エネルギー(落下速度)」に変化させてゆきます。 つまり「楕円軌道」の一番近い場所では 遠くにあった時に溜まっていた「位置エネルギー」を 「運動エネルギー(速度)」に帰る事で 「遠心作用」が高くなるので 「太陽」に近くなっても その場所での「太陽からの重力」と 「遠心作用」はやはり保たれている状態になる訳です。 その結果として「惑星」はどれも 「楕円運動」しながらも「太陽」には 落ちてゆく事なく常に同じ「楕円軌道」を 半永久的に周回し続ける事ができる・・という事です。 そして「水星」もこの原理により その「公転運動エネルギー」は 常に「太陽」からの重力と釣り合う速さを 維持しているので 「太陽」には「落ちない」訳です。

楕円は焦点が二つあり、その一方に太陽が位置する。すると楕円軌道上で太陽から最も遠い点では水星の運動速度が最も遅くなるが、飛び出していかずに引き戻されるから楕円軌道に留まる。 遠い点から太陽に近づくときには重力が強くなるから水星の運動速度は速くなる。速くなると遠心力も強くなるからそれが水星を太陽に落ち込ませずに軌道上にとどめる役割をする。 その描像は水星から見た視点だが、太陽から見れば水星に遠心力が働いたようには見えない。水星はいつでも飛び去ろうとするが、単にそれを引きとどめておくだけの太陽の引力が働いてバランスしているというだけだ。