宇宙旅行で行く宇宙は無重力ではない？

「宇宙旅行」という言葉は夢物語のように思われていましたが，実際に民間人でも宇宙に行く人が出始めており，少しずつ現実的なものとなってきました。

宇宙旅行といえば，無重力空間で宙に浮かびながら上のような景色を見る。

このようなことを想像している人が多いのではないでしょうか？

今回は，宇宙は無重力ではないことをお伝えしたいと思います。

宇宙旅行は地上何km地点？
80km，600kmでの重力の大きさ
国際宇宙ステーションは無重力なのか？
宇宙旅行で行く宇宙は無重力ではない？

宇宙旅行は地上何km地点？

宇宙旅行は地上何kmの高さまで行くのでしょうか？

そもそも，宇宙の高さは地上から約100kmです。
(高さ80kmからとしている国もあるため，大雑把に80km～100kmから宇宙と言えるでしょう。)

2021年9月スペースXによる初の「民間人だけの宇宙旅行」では地上から約579km，2021年7月ヴァージン創業者による宇宙旅行は地上から約85kmの高さまで到達するみたいです。

宇宙旅行では，低くて約80km，高くて約600kmくらいの高さまで行くと考えて良いでしょう。

80km，600kmでの重力の大きさ

地上での重力の大きさは9.8です。

少し正確に言うと，重力加速度と呼ばれる1.0kgあたりの重力が9.8になります。

今回は細かいことは気にせず，地上での重力は9.8くらいなんだなと考えます。
(重力加速度のことを重力と呼びます，ご了承ください。単位も省略します。)

さて，重力の大きさFは

$$F=G\frac{Mm}{r^2}$$

で表されることが分かっています。

なお，
Gは万有引力定数で6.67408×10^-11
Mは地球の質量で5.9724×10²⁴
rは地球の中心と物体との間の距離。(地球の半径は6,371 kmです。)
mは物体の質量，今回は1.0kgとします。
どれも高校物理で学ぶ内容ですね。

例えば地上では

$$\begin{eqnarray}F&=&6.67408×10^{-11}×\frac{5.9724×10^24×1.0}
{(6371×10^3)^2}\\
&=&9.82030745…\end{eqnarray}$$

となり，重力の大きさが約9.8ということになります。

地上では，地球の中心と物体との間の距離が6,371 kmでしたが，宇宙に飛び立つと間の距離が増えます。

80km地点では6,451km，600km地点では6,971kmです。

これを先程の式にそれぞれ代入すると，

80km

$$\begin{eqnarray}F&=&6.67408×10^{-11}×\frac{5.9724×10^24×1.0}{(6451×10^3)^2}\\
&=&9.57820944…\end{eqnarray}$$

で約9.6

600km地点

$$\begin{eqnarray}F&=&6.67408×10^{-11}×\frac{5.9724×10^24×1.0}{(6971×10^3)^2}\\
&=&8.202573477…\end{eqnarray}$$

で約8.2になります。

	重力の大きさ
地上	9.8
地上から約80km	9.6
地上から約600km	8.2
無重力空間	0

まとめると上の表の通りです。

簡単に想像できると思いますが，地上の重力が9.8であるとき，地上から約600km上空にいても重力が十分残っていると考えられます。

つまり，宇宙旅行で宇宙に行っても無重力にはならないのです。

国際宇宙ステーションは無重力なのか？

国際宇宙ステーション(ISS)は，地上から約400kmの高さに位置しています。

今までの話だと国際宇宙ステーションにも重力が残っていることになりますが，ニュースやYouTubeで見る宇宙ステーション内は無重力空間ですよね。

この疑問はJAXAも答えているのですが，簡単にいうと「国際宇宙ステーションは地球の周りを高速で回っており，その遠心力によって重力が打ち消されている」という理由で，無重力空間に見えています。

少し難しい話になりますが，私たちは重力と遠心力を区別することができないのです。