宇宙ステーションから地球に向かって卵を投げたら、ちゃんと地球に当たるでしょうか？

この記事は、ネットユーザーからの同様の質問に答えることに基づいています。

まず結論を述べます。成功する必要はありません。目標を達成できないのは難しいですが、表面に到達することはありません。

この結論は少し複雑でわかりにくいようです。成功せずに目標を達成することは難しいとはどういう意味ですか?私が伝えたいのは、宇宙ステーションの高度から卵をどのように投げても、地球に落ちてしまうということです。成功や失敗というものは存在しません。それを地球から遠ざける方法があった場合にのみ成功と見なされるだろう。

なぜ表面に到達しないのでしょうか?つまり、卵は地球に向かって落下しますが、地表に到達する前に燃えて蒸発し、消滅します。

まず、宇宙ステーションの運用高度と速度についてお話ししましょう。中国の天宮宇宙ステーションと国際宇宙ステーションはともに地表から約400キロメートルの高度で運用されており、秒速約7.6キロメートルの速度で地球を周回している。この速度を軌道速度といいます。この速度に達すると、地球の重力に引き下げられることも、地球の重力から逃れて遠くまで飛んでいくこともなくなります。

人間は、地上でジャンプしても十分に高くジャンプすることはできず、ましてや地球の重力から逃れて空中に浮かぶことはできません。これは、走り高跳びの速度が遅すぎるためです。秒速7.9キロメートルに達すると、落ちることなく飛び上がることができ、地球の周りを周回することになります。この速度は軌道速度と呼ばれ、航空機が地球の重力に抵抗してバランスをとる速度です。

万有引力の法則によれば、軌道速度の式は v=√(GM/R) と導かれます。ここで v は軌道速度で、単位は m/s (メートル/秒) です。 G は万有引力定数であり、質量中心間の距離が 1 メートルである 2 つの 1kg (キログラム) 物体にかかる重力で、およそ 6.67*10^-11N·m^2/kg^2 です。 Mは天体の質量で、単位はkgです。 Rは飛行物体と天体の重心間の距離で、単位はmです。

これに基づいて計算すると、高度 400 キロメートルの宇宙ステーションに必要な軌道速度は約 7662 メートル/秒になります。宇宙ステーションはこの速度を維持した場合にのみこの高度を維持できます。速度が遅くなると高度が徐々に下がり、最終的には地球の大気圏に落ちて燃え尽きてしまいます。

大気の抵抗がなければ、宇宙を飛行する宇宙船は理論上、速度を維持して永久に飛行することができます。しかし、高度400キロメートルでは、大気はすでに非常に薄いものの、真空ではないため、まだ抵抗があります。このように、宇宙ステーションに電力補給がなければ、その速度は日々遅くなり、一度遅くなると地球の重力に引き下げられてしまいます。

ある情報によると、速度を上げるための電力を使わないと、宇宙ステーションは毎日100〜150メートル落下することになるという。この問題は宇宙ステーションの設計時に考慮されました。独自のロケットエンジンを使用して速度を上げ、軌道速度を維持します。したがって、どの宇宙ステーションでも毎年数トンの燃料を消費し、宇宙船によって定期的に補給する必要があります。

宇宙ステーションの太陽電池パネルもいくらかの電力を供給できますが、通常は宇宙ステーションの機器の動作にのみ使用されます。これは、宇宙ステーションがあまり高く飛行できない理由でもあります。そうしないと、保守と運用のコストが高くなってしまいます。

宇宙ステーションの落下について話しましょう。宇宙ステーションが廃棄され、速度と軌道を上げるための燃料を供給できなくなると、宇宙ステーションは大気圏に落ちて燃え尽きることになります。宇宙ステーションは巨大なため、一部の部品は完全に燃え尽きず、残りの部品は地球に落下する可能性がある。

これらの破片が人口密集地域に落下して人身事故や物的損害を引き起こすのを防ぐため、放棄された宇宙ステーションには燃料がいくらか残され、墜落して何もない砂漠や海に落下する前に、地上の司令センターが遠隔操作して墜落現場を調整できるようにする必要がある。

旧ソ連のミール宇宙ステーションの墜落事故がその一例です。この宇宙ステーションは 1986 年に運用を開始し、1999 年 8 月 28 日に正式に退役しました。その日から、ミールは無電源で稼働する状態になりました。電力供給が途絶えたため、ミールの軌道は徐々に低下し、2001年3月20日についに大気圏に落下して燃え尽きた。その残骸は南太平洋の指定地域に墜落した。

ミール宇宙ステーションが墜落する前に、地上管制官は宇宙ステーションに備蓄されていた燃料を作動させ、3回の点火ブレーキ操作を経て、指定された海域への能動的な墜落を達成した。墜落を放置すると、しばらく空中に留まり、墜落現場を制御できなくなる可能性があります。大都市の人口密集地域に落下した場合、被害は計り知れないものとなるでしょう。

現在、国際宇宙ステーションは老朽化して脆弱になっており、NASAはこれを廃止する方法について検討し始めている。数年後にはミール宇宙ステーションと同じように埋設されると予想されている。

さて、宇宙ステーションから投げ出された卵について話しましょう。宇宙ステーションの運命を見た後では、おそらくこの卵の結末が分かるでしょう。

実際、宇宙ステーションに卵を投げ込むのは簡単な作業ではありません。ハッチを開けるには一連の複雑な手順が必要であり、宇宙飛行士は卵を投げる前に完全武装し、防護服を着用して船室から出なければならない。国際宇宙ステーションも我が国の天宮宇宙ステーションも、宇宙飛行士の船外活動についてテレビで紹介しているので、宇宙飛行士の船外活動が実に面倒なプロセスであることは誰もが知っているはずです。

不格好な宇宙服を着た宇宙飛行士たちはほとんど力を発揮できず、卵は壊れやすい物なので、取り出すときには細心の注意を払わなければなりません。そのため、どれだけ頑張っても、投げた卵の速度はそれほど速くなりません。この方法では、加速度は基本的に無視でき、卵が地球の重力を逃れる速度に達する可能性は完全に排除できます。

地球の重力から逃れる速度は脱出速度と呼ばれ、脱出速度の式は v=√(2GM/R) に従います。この式によれば、宇宙ステーションの高度では脱出速度は約10836m/sとなります。この速度に達しない限り、最終的には地球の重力によって引き下げられてしまいます。

したがって、宇宙飛行士が卵を前後、左または右、上または下のどこに投げても、卵の速度は宇宙ステーションの速度と同程度となり、毎秒約 7662 メートルの速度を維持し、地球の周りを回り続けます。しかし、動力サポートがなければ、卵はわずかな空気抵抗により速度と高度が徐々に低下します。

この卵は宇宙の暑さと寒さの両方の苦痛を経験し、生でも調理済みでもなかったはずです。日光がないと気温は零下100度以上に下がり、食べ物は固く凍ってしまいます。太陽の光が当たると、温度は瞬時に100度以上に上昇し、食材はしっかりと加熱されます。破裂しないことを祈ります。 （爆発するかどうかは皆さんで議論してください）

卵は数年間、地獄のような苦しみの中でひとり浮かんでいた。高度が低くなるにつれて、大気はより濃くなり、軌道速度が増加します。 2、3年後、卵が地表から高度100キロメートルに達したときも、秒速約7キロメートルの速度を維持している。この速度は、高密度の大気との衝突と摩擦により、どんどん高温になります。

高度約80キロメートルに達すると、温度は1000℃以上に上昇します。卵はすぐに焦げて燃え、やがて激しく燃えて明るい光に変わります。

暗い夜に、たまたまその下から見てみると、光の閃光が見えるでしょう。地球上では毎日何千もの小さな流星が大気圏に消えていきますが、この卵もそのうちの一つになるでしょう。

地球に衝突したが、地表には到達できなかった。これがこの卵の運命です、信じますか？議論へようこそ。読んでいただきありがとうございます。

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