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星に自転と公転があるのはなぜですか?

星に自転と公転があるのはなぜですか?

☆自転や公転がないと安定しないのでしょうか?

☆自転していない星や公転していない星ってありますか?
 (太陽も銀河の中心に対して公転してます)

☆空気がある惑星では、摩擦で自転が止るのではないですか?

☆大きな巨人が現われて、地球を鷲づかみにして、一時的に自転と公転をなくしたとします。このあと地球の動きはどうなりますか?

☆全宇宙で考えたとき、ある一点を中心にして回っている可能性ってありますか?

質問がいろいろあってすみません。
よろしくおねがいします。
もしかしたら、とても難しい質問でしょうか。

投稿日時 - 2003-08-31 20:14:14

QNo.642828

暇なときに回答ください

質問者が選んだベストアンサー

>この質問のきっかけは、独楽でした。
独楽に回転を与えると安定しますね。星の公転や自転も同じ理屈なのかなと考えたのです。

 民芸品のコマのことですね。
回転運動が安定と結びついているという
原理は広く通用します。
 太陽系内の惑星の公転面がほぼ一致して
いるのも、回転運動かた来る安定性の
ためでしょう。

>でも最初に力を与えるもの(回転させるもの)は何かがわかりませんでした。

 今では物理学者として有名なアイザック・ニュートンが
17世紀に同じような質問をされたという記録が
あります。

「惑星の運動に切っ掛けを与えたものは何か?」
と聞かれ、ニュートンの答えは
「惑星は神の一撃により運動を始めた」
というものだったそうです。
 つまり、神様がポーンと惑星を突き飛ばしたので、
惑星は運動を始めたという、今からすれば非常に
非科学的な回答しかできませんでした。
 これはニュートンの計算方法が、式を立て、
そこに初期値を入れるというものだったため、
実際の運動で、その初期値を与えたものは何だった
のかという疑問から来たものですが、ニュートン
の理論にはその答えがありませんでした。
 ですから、この質問、高校までの物理の知識では
答えの出しようのないもので、単純なようで結構
難問です。今のビックバンがその起源という
考えも、最終的回答かどうかは分かりません。

>重力は相互作用していますが、エネルギーを使いつづけているのにエネルギーが失われないのが不思議でした。

 そこは少し重力の捕らえ方が違うのではないかと
思います。もう少し検討してみて下さい。

>あるいは逆に回転エネルギーが宇宙にどんどん放出されて、熱い宇宙になるのかななどと想像していました。
 水をかき回すとお湯になるように。
 でも、重力自身が失われることはないわけですね。

 恒星の発する熱など、宇宙空間に放射
される熱エネルギーは沢山ありますが、
それらは全て、ビックバンのとき生まれた
もので、そこから宇宙は膨張しているので、
全体としては冷えて来ているのです。

 水をかき回す話で行くと、かき回しながら
器をどんどん大きくして、水を注ぎ足して
いるようなものですから、熱くはならない
のです。

投稿日時 - 2003-09-01 02:07:44

補足

>そこは少し重力の捕らえ方が違うのではないかと
思います。

思いついたのですが、重力と運動エネルギーとは密接な関係があるのではないですか。

いま宇宙空間に地球と太陽だけあったとします。
地球が公転していない場合は、地球は太陽に落ちてゆきます。
しかし地球が公転による遠心力(運動エネルギー)を持っている場合は、太陽と釣り合いがとれます。
もし重力が波だとすると、太陽の重力波と地球の遠心力の間に定常波が生まれて安定すると考えられるのではないですか?
こう考えれば、運動エネルギーの少ない星はどんどん大きな星に吸収されてゆき、現代の宇宙ではどの星も自転と公転運動をしていると説明できるのではないですか?

まったく見当外れでしょうか。

投稿日時 - 2003-09-01 05:28:02

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回答(11)

ANo.11

>地球が公転していない場合は、地球は太陽に落ちてゆきます。
しかし地球が公転による遠心力(運動エネルギー)を持っている場合は、太陽と釣り合いがとれます。


「遠心力」というのは「みかけの力」であって、実際に働いているのは重力だけ。
公転している地球&月も、太陽に「落ちつづけている」状態といえる。

こまかくいえば、地球の回りを月がまわっているのではなく、地球と月が回り合っている状態。
(地球の方が圧倒的に質量があるので、地球の中に重心があるが)
(さらにいえば、太陽と「地球&月」も同じ。)

投稿日時 - 2003-09-01 09:43:31

補足

解答ありがとうございます。

>「遠心力」というのは「みかけの力」であって、実際に働いているのは重力だけ。
>公転している地球&月も、太陽に「落ちつづけている」状態といえる。

うーん、難しいですね。
遠心力は「みかけ」にすぎないのですか。
重力は、引き付け合う力ですよね。
「落ちつづけている」のを妨げているのが公転ですか?
それとも重力があるから公転するのですか?
引き付け合う力しかないのに、ぶつからないのが不思議です。
宇宙全体が重力により収縮しないのは、宇宙全体が膨張しているからと理解していますが。

あたまわるくてすみません。

投稿日時 - 2003-09-01 14:37:56

ANo.9

>星に自転と公転があるのはなぜですか?

No.2の方の回答と少し重複すると思い
ますが、星が出来た過程に直線運動と
重力が関係しているからです。

 今自転している星の回転を止めてしまうと、
運動のバランスが崩れていろいろと問題が
起きそうですが、最初から自転させておく
必然性はありません。

 宇宙はビックバンから生まれたとする
今の理論を信用すると、全ての粒子は
吹き飛ばされた影響で、直線運動をして
いたはずです。
 それが重力等の引力の影響で、その
運動方向が曲げられ、ある一定の領域に固まり
回転運動を始めたといったという過程が
あるため、自転と公転という運動が
残っているのです。

>☆自転や公転がないと安定しないのでしょうか?

 自転していたほうが姿勢が安定します。
ですから人工衛星など、わざと回転を与えて
自転させています。
 しかし、自転は必須ではありません。
スペースシャトルなど必要に応じて
姿勢を変えて地球の周回軌道上に
いるわけです。一定の自転を続けている
わけではないのです。
 
>☆自転していない星や公転していない星ってありますか?
 (太陽も銀河の中心に対して公転してます)


 大きな惑星、恒星で自転していないものは
ないでしょう。それは上に説明した
星の生まれる過程によるものだからです。

 しかし、一度できた星の砕けたもの、
例えば小惑星など、自転していないものが
あるはずです。
 月は自転していますが、地球にいつも
同じ面を向けています。これは、すでに
出来上がった地球の一部が小惑星の
激突で削り取られた固まりが月である
ためと考えられています。
 
>☆空気がある惑星では、摩擦で自転が止るのではないですか?

 空気も一緒に自転してますからね、
大きな摩擦にはならないのだと
思います。


>☆大きな巨人が現われて、地球を鷲づかみにして、一時的に自転と公転をなくしたとします。このあと地球の動きはどうなりますか?

 地球の軌道は、自転と公転のバランスで
安定していますから、自転だけ単純にとめたら
公転軌道も変わってしまうでしょう。

>☆全宇宙で考えたとき、ある一点を中心にして回っている可能性ってありますか?

 いまのところその兆候はありませんし、
今の宇宙論などからすると、宇宙には中心と
呼べるようなところはないということみたい
です。(勿論結論かどうか分かりませんが)

 ただ宇宙の回転の可能性を考えるのは、今でも
重要な課題の1つです。

 私の知る限りだと、宇宙の回転について
議論を始めたのは、100年ほど前のフランスの
物理数学者、アンリ・ポアンカレだと思います。
この方、位相幾何学の生みの親と言えば
数学の世界で知らない人はいないくらいの
偉人で、この人の業績が無ければ今の物理学は
成立しないほどなんですが、なぜか高校生
くらいまでの物理好きの方々にはあまり有名
でないようで・・・

 因みにアンリ・ポアンカレの宇宙の回転に
ついての考察は、彼の著書「科学と仮説」
にあります。(参考URL)
 現在、在庫切れのようですが、専門書扱い
ではありませんので、その辺の図書館にも
置いてあるかもしれません。
 同著の「科学と方法」という本が最近
再版になったので、この「科学と仮説」も
また売り出されるかもしれません。

 この本の中で、ポンカレは、宇宙が回転して
いたら、人間はどうやってそれに気づくだろうか、
また、回転があるとないとでは、宇宙の物理法則に
どうゆう違いが出るかを考察しています。

>もしかしたら、とても難しい質問でしょうか。

 物体の自転に関する考察、思考実験は
多くの学者が行っており、そこから多くの
疑問や、新理論が生まれています。
 この問題、深く考える価値のある
重要な問題だと思います。



 

参考URL:http://www.amazon.co.jp/exec/obidos/ASIN/4003390210/qid=1062342776/sr=1-4/ref=sr_1_2_4/250-5656008-1250654

投稿日時 - 2003-09-01 00:32:25

補足

丁寧なご解答ありがとうございます。勉強になりました。

この質問のきっかけは、独楽でした。
独楽に回転を与えると安定しますね。星の公転や自転も同じ理屈なのかなと考えたのです。

 でも最初に力を与えるもの(回転させるもの)は何かがわかりませんでした。
 重力は相互作用していますが、エネルギーを使いつづけているのにエネルギーが失われないのが不思議でした。
 あるいは逆に回転エネルギーが宇宙にどんどん放出されて、熱い宇宙になるのかななどと想像していました。
 水をかき回すとお湯になるように。
 でも、重力自身が失われることはないわけですね。

投稿日時 - 2003-09-01 00:56:34

ANo.8

#4様、一つだけ。
遠心力も慣性の一つだと思います。
円運動するのも、やはり元は慣性の法則からです。
先の例で回っているヨーヨーの糸を放すと飛んで行きますよね。惑星が直線運動しようとする力(慣性)と太陽の引っ張る力(そのまま引力ですよね。)が釣り合って公転しているのです。
この、惑星が直線運動しようとする力の違った見方が遠心力なのではないですか?

木星の衛星フォボス(だったと思いますが...)は銀河系外から飛んできたのが、木星の引力につかまって衛星になったという説が有ったと思います。が、自信は有りません。悪しからず。

投稿日時 - 2003-08-31 21:37:13

補足

解答ありがとうございます。

>銀河系外から飛んできたのが、木星の引力につかまって衛星になった

似たようなものに彗星がありますね。たしか「太陽系の外に彗星の故郷があって、なんらかのバランスが崩れて太陽系を周回するようになる」とテレビで説明してました。

慣性の法則と重力の法則で縛られて安定しているにも関わらず、急に変な動きをするのが不可思議です。
これは彗星の元となる物質が小さいから影響を受けやすいからでしょうか?
フォボスは大きいですよね。

投稿日時 - 2003-08-31 21:56:56

ANo.7

またまた#3です。

コメントいただいた部分も間違いでした。すいません。

地球の「公転」を止めると太陽に向かって落ちていき、#4さんが解説してくれているように「自転」を止めると一日が一年になります。

地球の自転だけが止まっても太陽には落ちませんし、月も落ちてきません。

実際には月はどんどんと地球から離れていっているようです。

投稿日時 - 2003-08-31 21:37:01

ANo.6

#3です。

最後の部分を訂正します。

全宇宙の星々の間に引力つまり内力しか働かないとそれらの重心は等速直線運動をします。宇宙全体から見れば重心は止まっていると言ってもいいでしょう。その重心に巨大な質量があるかないかによらず、全体的には重心の周りを回っているはずです。そのときの角運動量が十分でなければ星々が重心に向かって落ちていくでしょう。

しかし、角運動量が0であってもそうならないことも物理的に許されます。それは重心から外側に向かって星々が離れていっている場合です。実際もそのようになっているようですね。ビッグバンで、ある一点から宇宙が生まれたとするとその初期状態で角運動量が与えられていなければ宇宙全体の重心周りの角運動量は0でしょうね。

投稿日時 - 2003-08-31 21:29:27

ANo.5

あなたの質問のうち、上から4つの質問は古典力学(ニュートン力学)で定性的に説明できるので、他の回答者にお任せいたします。
最後の質問は、答えが分かれると思いますので「直感」で結論だけ答えますと、ある一点を中心にして回っている可能性は、殆んどありませんが「何か」を中心にして回っているいるのは確実です。
それは、イメージとしては私のあたまの中にあるのですが、言葉にして表現できないので「一般相対性理論」のWebサイトや専門書を調べてわかったら、もう一度答えます。
他の回答者が、先に「正解」をした場合はその回答者に賛成を一票を入れます。

投稿日時 - 2003-08-31 21:28:42

ANo.4

#2さまに追記させて頂きます.

慣性の法則とは,
力が加わらない限り物体の運動は変化しない,
と言うものですので,若干語弊があるように思われます.
太陽の重力に釣り合う力は,円(実際は楕円)運動に伴う
遠心力であると言うべきでしょう.
地球は円(楕円)運動しており,太陽方向に常に力を受けるが故に
公転を続けていますので,常に運動状態は変化し続けていることになります.

自転は空気の他,海水と海底との間の摩擦でも遅くなる要因となります.
遅くなった分の自転のエネルギーは,熱として最終的に
宇宙へ散逸すると考えられます.

自転が止められてしまうと,地球の半分はずっと昼で,
残り半分はずっと夜です.
(公転があれば1年かけて昼夜の部分は地球を1周するので,
 1日=1年となりますが,下記は該当するでしょう.)
すると昼の部分では空気が暖められ,夜の部分では空気が冷やされるので,
大気中ではもの凄い勢いで空気の流れが生じ,地上は大暴風が吹き荒れ続けるでしょう.

投稿日時 - 2003-08-31 21:12:34

ANo.3

二つの質点があり、それらの間に引力(重力)しか働かないとすると、
・(距離が近いか運動エネルギーが小さいと)衝突する。
・(適度な状態では)重心を中心に回転する。太陽と地球のように質量差が圧倒的に違うと重い方と重心の位置がほぼ一致して、ほぼ重い方の周りを軽い方が回るといえる。
・(距離が遠いか運動エネルギーが大きいと)互いに束縛されない。
の3通りになると思います。

巨大な運動エネルギーを持つ星があれば、大きな質量を持つ星の影響で軌道を変えながら、そのような星に近づきすぎてその重力に捕らえられるまでは自転していないといえるでしょうが、星がそのような巨大な運動エネルギーを持った状態で誕生しうるかどうかについては分かりません。

公転は物体が持つ自由度である平行移動と回転のうちの回転に当たるものなので、それが初期状態で0であれば0のままでしょうが、無数のガスやちりが集まってできる過程でそれが0であることは難しいのではないでしょうか?

空気に関してはそれも一緒に自転しているのであまり影響はないのではないでしょうか?地球では月の引力によって満潮や干潮などになるように海水が引っ張られているので、水の粘性による摩擦で自転がだんだんと遅くなっているようです。

地球の自転をなくせば、太陽に落ちます(衝突します)。公転をなくすと一日が一年になります。(太陽が空を一周して戻ってくるのに一年かかる)

太陽系における太陽のように、宇宙全体から見ても圧倒的な質量を持つものがあれば、ほぼその周りを回るようになるのではないでしょうか?

投稿日時 - 2003-08-31 21:02:47

補足

解答ありがとうございます。
>地球の自転をなくせば、太陽に落ちます(衝突します)。

☆自転なしで公転していても太陽に落ちますか?

☆地球の自転がなくなれば、月も落ちてくるわけですね。

投稿日時 - 2003-08-31 21:10:20

ANo.2

星の出来上がり方を考えると、分かり易いと思います。

1つめ 安定しません。星が出来上がる時に、広い空間から星間ガスが集まりますよね。この時に慣性の法則と万有引力の法則とが釣り合って、回転が始まります。垂らしたヨーヨーを横に揺らすと、回り始めますよね。これと同じです。

よって 2つめのご質問の答えは、『無い』筈です。まだ発見されていない星では有るかもしれません。

3つめ 『その通りです。』僕も以前Newtonで読んだと思いますが、地球も氷河期に比べると一日の長さ、一年の長さが確実に長くなっているそうです。

4つめ 『太陽に引きずり込まれるでしょう。』これは僕の個人的な考えですが、先ほど書いた万有引力と釣り合う慣性の法則を得る為には運動が必要ですから。

5つめ 『可能性は有る。』これも個人的な考えですが、あくまで宇宙が『閉じた宇宙』ならです。『開いた宇宙』なのであれば、違います。
この辺はご自分で調べてみましょう。勉強になりますよ。

投稿日時 - 2003-08-31 20:40:46

ANo.1

☆空気がある惑星では、摩擦で自転が止るのではないですか?
他のは難しいので、これだけ
空気も一緒に回っているので、大きくは影響しません。
しかし、僅かではありますが、遅くなっているそうです。
例えば、地球の自転周期は過去より今の方が遅くなっているようです。いづれは、止まってしまうかもしれないなどという話もあります。

投稿日時 - 2003-08-31 20:24:08

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