宇宙は無重力ではない？

──国際宇宙ステーションで人が浮く本当の理由

宇宙飛行士がふわふわと浮いている映像を見ると、「宇宙は無重力」だと思うのは、とても自然なことです。

しかし、物理的にはこれは少し違います。
宇宙は無重力だから人が浮いているわけではありません。

国際宇宙ステーションにも重力がある

国際宇宙ステーション（以下、ISS）は、地上から約400kmの高さを周回しています。
この高さでは、地球の重力はどれくらい弱くなっているのでしょうか。

実は、地上の約9割（約0.9G）もの重力が、ISSにも働いています。

つまり、重力はほとんど地上と変わりません。
それにもかかわらず、ISSの中では人も物も浮いて見えます。

なぜでしょうか。

ISSの中で起きている状態を一言で表すと、
自由落下です。

重力は確かに働いています。
しかし、宇宙飛行士もISSそのものも、同じ重力で、同じように地球に向かって落ち続けているのです。

地球に引かれて落ちながら、同時にものすごい速さで横方向に進んでいます。
この横方向の速度が非常に速いため、落ちる距離と地球の曲がり具合が一致し、落ち続けることで地球に衝突せずに周回しているのです。

ゆっくり投げると、すぐ足元に落ちます。
強く投げると、遠くに落ちます。

地球を1周するくらいの速度で投げると…
重力で下に曲がりながら飛んでいきますが、同時に地球も丸いため「地面」もカーブして下がっていきます。

投げたスピードが 秒速約 7.9km（第一宇宙速度） に達すると、「ボールが落ちる角度」と「地球のカーブ（曲率）」が完全に一致します。

その結果、ボールは永遠に落ち続けているのに、いつまで経っても地面にたどり着けない「永久ループ（軌道）」に入ります。

地球上で立っている時の状態は、物質同士が1Gを受け止め合っている状態です。

互いを支え合いながら重力に逆らって止まっています。

一方、自由落下では、重力は作用しているが、物体も周りの環境も一緒に落ちているため、重さを感じない状態になり、ほぼ無重力状態になります。

互いを「支える」「止める」という関係が消える結果、重さを感じなくなるのです。
その意味では、「無重力」というより「無重量」いう方が近いかもしれません。

無重力とは、重力がない状態ではありません。
物体に重力が働いていない、あるいは重力の影響を打ち消している状態のことです。

ISSでの無重力状態は、「永遠に終わらないジェットコースターの落下中」にいるのと本質的には同じなのです。

重力というと宇宙の話に聞こえますが、私たちの足元にも常に存在しています。
地球そのものの重さを実感する視点については、こちらの記事で紹介しています。

BuzzBoard編集部