同期軌道
同期軌道とは、周回する天体（通常は衛星）の周期が周回される天体（通常は惑星）の平均自転周期に等しく、かつ自転方向もその天体と同じである軌道である。[1]
簡略化された意味
同期軌道とは、周回する物体（人工衛星や月など）が一周するのにかかる時間が、周回する物体が一回転するのにかかる時間と同じである軌道のことです。
プロパティ
赤道かつ円軌道の同期軌道にある衛星は、周回惑星の赤道上のある点の上空で静止しているように見えます。地球を周回する同期衛星の場合、これは静止軌道とも呼ばれます。ただし、同期軌道は赤道軌道である必要はなく、円軌道である必要もありません。赤道以外の同期軌道にある物体は、惑星の赤道上のある点の上空で南北に振動しているように見えますが、楕円軌道にある物体は東西に振動しているように見えます。周回物体から見ると、これら2つの動きの組み合わせによって、アナレンマと呼ばれる8の字パターンが形成されます。
命名法
同期軌道には、周回する天体に応じて多くの専門用語があります。以下は、その中でも特に一般的な用語です。地球を周回する同期軌道のうち、赤道面を円軌道で周回するものは、静止軌道と呼ばれます。より一般的なケースとして、軌道が地球の赤道に対して傾いている、または円軌道でない場合は、静止軌道と呼ばれます。火星を周回する同期軌道は、静止軌道と同期軌道と呼ばれます。[要出典]
式
静止同期軌道の場合:
![{\displaystyle R_{syn}={\sqrt[{3}]{G(m_{2})T^{2} \over 4\pi^{2}}}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/83fd97ce16652a2e49ebcdb605c452685a0b81cd)
この式により、天体の質量と恒星回転周期がわかれば、その天体の同期軌道半径を求めることができます。
軌道速度（衛星が宇宙空間を移動する速度）は、衛星の角速度と軌道半径を掛けて計算されます。[3]
軌道力学の曖昧な癖により、 1:1の自転軌道共鳴にある潮汐固定天体（つまり、惑星に固定された衛星や恒星に固定された惑星）は、同期軌道上に安定した衛星を持つことができません。同期軌道半径が天体のヒル球の外側にあるためです。[4]これは普遍的なことであり、質量や距離に関係なく当てはまります。
例
天文学的な例としては、冥王星の最大の衛星カロンが挙げられます。[5]同期軌道は、より一般的には、静止衛星などの通信用人工衛星によって採用されています。
天然衛星は、母天体の潮汐ロックによってのみ同期軌道を達成できるため、衛星の同期自転と常に連動します。これは、母天体である母天体の方が潮汐ロックが早く完了するため、同期軌道が達成される頃には、既に長期間にわたって同期自転が維持されているからです。[要出典]
次の表は、選択された太陽系の天体の質量、恒星時自転周期、同期軌道半径の長半径と高度（上記のセクションの式で計算）を示しています。
| 体 | 体重（kg） | 恒星回転周期 | 同期軌道の長半径（km） | 同期軌道高度（km） | ヒル球面内の同期軌道？ |
|---|---|---|---|---|---|
| 水星[6] | 0.33010×10 24 | 1407.6時間 | 242,895キロ | 240,454キロ | いいえ |
| 金星[7] | 4.8673×10 24 | 5832.6時間 | 1,536,578 km | 1,530,526 km | いいえ |
| 地球[8] | 5.9722×10 24 | 23.9345時間 | 42,164キロ | 35,786 km | はい |
| 月[9] | 0.07346×10 24 | 655.72時間 | 88,453キロ | 86,715 km | いいえ |
| 火星[10] | 0.64169×10 24 | 24.6229時間 | 20,428キロ | 17,031キロ | はい |
| ケレス[11] | 0.09393×10 22 | 9.074時間 | 1,192キロ | 723キロ | はい |
| 木星[12] | 1898.13×10 24 | 9.925時間 | 169,010 km | 88,518キロ | はい |
| 土星[13] | 568.32×10 24 | 10.656時間 | 112,239 km | 51,971キロ | はい |
| 天王星[14] | 86.811×10 24 | 17.24時間 | 82,686 km | 57,127 km | はい |
| 海王星[15] | 102.409×10 24 | 16.11時間 | 83,508 km | 58,744キロ | はい |
| 冥王星[16] | 0.01303×10 24 | 153.2928時間 | 18,860キロ | 17,672 km | はい |
参照
参考文献
- ^ Holli, Riebeek (2009年9月4日). 「地球衛星軌道カタログ：特集記事」. earthobservatory.nasa.gov . 2016年5月8日閲覧。
- ^ 「静止軌道の半径の計算 - Ask Will Online」. Ask Will Online . 2012年12月27日. 2017年11月21日閲覧。
- ^ 円運動#公式を参照
- ^ 「月を周回する安定した「月静止軌道」を達成することは可能か？」Astronomy Stack Exchange . 2025年5月29日閲覧。
- ^ SA Stern (1992). 「冥王星-カロン系」. Annual Review of Astronomy and Astrophysics . 30 : 190. Bibcode :1992ARA&A..30..185S. doi :10.1146/annurev.aa.30.090192.001153.
カロンの軌道は、(a) 冥王星の自転と同期しており、(b) 黄道面に対して大きく傾いている。
- ^ 「水星ファクトシート」nssdc.gsfc.nasa.gov . 2025年5月30日閲覧。
- ^ 「金星ファクトシート」nssdc.gsfc.nasa.gov . 2025年5月30日閲覧。
- ^ 「地球ファクトシート」nssdc.gsfc.nasa.gov . 2025年5月30日閲覧。
- ^ 「月ファクトシート」nssdc.gsfc.nasa.gov . 2025年5月30日閲覧。
- ^ 「火星ファクトシート」nssdc.gsfc.nasa.gov . 2025年5月30日閲覧。
- ^ 「小惑星ファクトシート」nssdc.gsfc.nasa.gov . 2025年5月30日閲覧。
- ^ 「木星ファクトシート」nssdc.gsfc.nasa.gov . 2025年5月30日閲覧。
- ^ 「土星ファクトシート」nssdc.gsfc.nasa.gov . 2025年5月30日閲覧。
- ^ 「天王星ファクトシート」nssdc.gsfc.nasa.gov . 2025年5月30日閲覧。
- ^ 「海王星ファクトシート」nssdc.gsfc.nasa.gov . 2025年5月30日閲覧。
- ^ 「冥王星ファクトシート」nssdc.gsfc.nasa.gov . 2025年5月30日閲覧。
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