軌道周期計算機

T = 2π√(a³/GM) — ケプラーの第3法則は軌道の大きさと周期を結びつける

インタラクティブシミュレーションを読み込んでいます...

ケプラーは理由を知らなかった—ニュートンは知っていた 🖖

ケプラーは1619年にT² ∝ a³を経験的に発見しましたが、説明はありませんでした。ニュートンの万有引力の法則(1687年)により導出されました:T = 2π√(a³/GM)。軌道上の物体の質量は完全に打ち消されます。

周回する物体の質量は消える 🖖

式 T = 2π√(a³/GM) には中心天体の質量 M は現れますが、衛星自身の質量は含まれません。同じ高度なら、羽根でも満載の宇宙ステーションでも、まったく同じ時間で地球を一周します。公転周期は軌道の大きさと何を周回するかだけで決まり、自分自身の重さには一切よりません。

地球を貫くトンネルも軌道と同じ時を刻む 🖖

地球を一直線に貫く摩擦のないトンネルにボールを落とすと、反対側まで届いて戻ってくるのに約 84.5 分かかります。これは地表すれすれを回る衛星の周期とまったく同じです。どちらも同じ √(R³/GM) に従うため、「重力列車」と可能な限り低い軌道は一つの時計を共有しています。

例題

  • ISS - 高度約400 kmのISS:T ˜ 92分 — 1日に16周地球を回る
  • GPS衛星 - GPS衛星:T ˜ 12時間 — 各衛星は1日に2周する
  • 静止軌道 - 静止軌道:T ˜ 24時間 — 地球上の一点の真上に静止して見える
  • - 地球を回る月:T ˜ 27.3日 — 「月(month)」という言葉の語源
  • 水星 - 太陽を回る水星:T ˜ 88日 — 最も公転速度が速い惑星
  • 地球(太陽周回) - 太陽を回る地球:T ˜ 365.25日 — 1年を定義する周期
  • 火星(太陽周回) - 太陽を回る火星:T ˜ 687日 — 地球の約2年分に相当