果てしなく遠く感じる宇宙。宇宙へ行くためにはどのくらいの速度が必要なのでしょうか？
どこを目的にするかで必要な速度が異なり、それぞれ第一,第二,第三宇宙速度と呼ばれています。
第一宇宙速度
第一宇宙速度は、地球の周りを回るために必要な速度。この速度を下回る速度で宇宙に向かって打ち上げても、地表に落ちてきてしまいます。
逆に言えばこの速度を上回って適切な角度で打ち上げれば、地表には落ちてこないということ。正確には地球の重力に引っ張られて「落ち続けて」いるのですが、地球は丸く落ちたその先には地面が無いため、「地球の周りを回っている」ように見えるのですね。
第一宇宙速度は地球の中心からの距離で変わりますが、地表ではおよそ7.9km/s(28,400km/h)が必要。これは一般的な旅客機の30倍近い速度で、マッハ23に相当します。宇宙へ行くにはかなりの速度が必要なのですね。
ハッブル宇宙望遠鏡はこの速度で打ち上げられています。
第二宇宙速度
地球の周りを回ることに成功した次に目指すのは地球の重力圏からの脱出。
地球の周りを回るのではなくさらに飛び出し、太陽の周りを回るために必要な速度が第二宇宙速度です。
例によって第二宇宙速度も地球の中心からの距離で変わり、地表でおよそ 11.2km/s(40,300km/h)が必要。第一宇宙速度のおよそ1.4倍ですね。
先日紹介したテスラ ロードスターは太陽を周回するの軌道を回っているため、第二宇宙速度以上の速度で打ち上げられたことがわかります。
第三宇宙速度
最後は第三宇宙速度。太陽の重力圏から脱出するのに必要な速度です。
太陽は巨大で重力も半端なものではないためこれまで以上の速度が必要。地表においてはおよそ 16.7km/s(60,100km/h)となるようです。
以前紹介したボイジャーは地球を飛び立った際にはこの速度を満たしていなかったのですが、途中の惑星でスイングバイを行うことで加速し、太陽の重力圏を脱出するだけの速度を得ています。
(太陽から離れるほど第三宇宙速度は小さくなるため、離れた地点でのスイングバイは効果が大きい)
宇宙は空気抵抗の影響がないため、中学校レベルの数学や理科で計算をすることができます。一度実際に計算してみると面白いですよ。