昨今自分の脳裏をかすめるのが、スイングバイ。です。
はああ
って言うかもしれませんが、宇宙好きの私にとってこれは結構難問です。
スイングバイを知らない方の為に、簡単に説明すると、
天体を使って、宇宙船の方向を変えて、速度を変える手法です。
峠のコーナーを攻める86のヒール&トーでシフトダウンした時に似ています。
と訳のわからないことを言ってしまいましたが。
天体の静的エネルギーを利用して、
宇宙船の速度を上げたり下げたりできるのです。
例えば、天体の前を横切ると、速度が落ちます。
天体の後ろを通ると速度が上がります。
理由はざっくり言うと、天体が進んでる方向に出ると、
天体の動的エネルギーをもらって早くなります。
天体が進んでる方向と逆に出ると、
天体の動的エネルギーが奪われて遅くなります。
まあ、トラックの荷台からボールを投げた時に、
進行方向に投げれば、トラックのスピードにボールの速度が付加され、
後ろ向きに投げれば、トラックのスピードからボールのスピードの分遅くなるのと同じ原理です。
こんなのでわかるかなあ。
光もスウィングバイ
光は重力レンズ効果で屈折させられることは、
アインシュタインが予想して、実際に太陽の裏に隠れている天体が見えたことで、証明されたのです。
光が動的エネルギーだと考えると、
曲がるんだろうなと勝手に思っていましたが、
現在の物理では、光は粒子と波の性質を持つってことになっています。
なぜ一つのものを2つの別物にしたか不思議です。
私なら、搬送波+エネルギーで合体して
搬送波に乗ってエネルギーがやってくる。
かな。
トラックが、荷物を運んでくるような感じ。
です。
質量とエネルギーは同じとみなすことができてE=mc2だから、
エネルギも質量も同じだと考えれば、光もスウィングバイするかもです。
もしも、光エネルギーがELとすれば、
光の質量mLは、
mL = EL / c2
になります。
しかし、光速は宇宙で一番速い速度だから、速度は変わらないかもしれませんが、
いや遅くなることはあるかもしれない。
それはまた考えることにしよう。
しかし、光の進行方向が、変わることは確かです。
ちなみに動いている光って、見えないです。
何かにぶつかって、光エネルギーが光(波)に変わってはじめて見えます。
だから、障害物の無い宇宙は暗いのです。
もし動いている光が見えたら、
宇宙中明るくて大変なことになります。
宇宙はうまくできている。と感心。
さて、光のスイングバイは、質量エネルギー変換でわかったことにしましょう。(勝手に終わる)
次に、スイングバイの仕組みをエネルギーバランスで説明しようと思っているのですが、
これがなかなか難儀です。
このように考えてみました。
スイングバイをエネルギーバランスで考えてみた
![](https://endylabo.com/wp-content/uploads/2022/08/image-6-1024x576.png)
上図だけではなんのことやら分からないと思いますが、
![](https://endylabo.com/wp-content/uploads/2021/01/image-2.png)
をイメージしています。
例えば、太陽の周りを回っている、地球から宇宙船が発射されて、
木星でスイングバイすることを考えてみます。
地球から脱出する為には、地球からa1離れたところで、
静的エネルギーSa1の2倍以上の動的エネルギーが必要となります。
それはともかく、地球を脱出して木星に向かって宇宙船が飛行しています。
m2は木星の質量です。
木星の影響圏内に、
宇宙船が入ってきたとします。
どこから木星の影響圏かというと、
影響圏判定を使えば太陽が親か木星が親かが判定できます。
今回は、R:影響圏の境界で木星のテリトリーに入ったとします。
2SR:m2の静的エネルギーの2倍がテリトリーの境になります。
位置Rの宇宙船の動的エネルギーをARとします。
AxRを円軌道方向の動的エネルギー
AYRを中心天体方向の動的エネルギーとすると
AR=AxR+AYRに成ります。
AxR=2SRになります。
ここで、宇宙船が、b:最近点の位置まで近づいたとします。
aを基準軌道半径とすると
AYR=AR-AXR=Saとなり、位置aの静的エネルギーになります。
これから、AR、AXRは既知なので、基準半径aはわかります。
bは 2 x a になりますので、最近点の位置bがわかります。
最近点まで移動すると、
中心方向の静的エネルギーSaと
位置bの動的エネルギーAbが等しくなりバランスします。
バランスすると今度は、静的エネルギーの低い方に宇宙船は動き始めます。
そしてRの位置まで戻り、木星の影響圏を脱出し、再び太陽が親になります。
詳細は、このブログを参照してください。
上の説明は、木星が止まっていると仮定した場合ですが、
実際は木星は動いています。
宇宙船の親が木星になった瞬間(木星の影響圏に入った)に、
軌道慣性で木星の動的エネルギーが継承されます。
木星のトラックに、宇宙船が乗るイメージになります。
そして出口では、木星の動的エネルギーを受けたまま放り出される為、
木星の進行方向に放り出されれば速度が上がり、
進行方向と逆に放り出されれば速度が下がります。
そして、木星の影響圏を脱出した宇宙船は、
太陽の影響圏に入って、
再び、太陽を中心天体とした、
楕円軌道を描くことになります。
これが私が考えた、スウィングバイの原理なのですが、どうでしょうか。
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