彗星の軌道…楕円系なのはなぜ

質問

中３の男です。
彗星の軌道が楕円形なのは、なぜですか？
太陽の引力やなんかが関係するんですか？
けっこうなやんでますので教えてください！

回答No.13

nananotanu

水星の軌道は楕円とは限りません。双曲線もあります。

端的に言うと、遠日点が遠いので軌道が引き伸ばされているので極端に楕円に見えるだけで、他の惑星となんら本質的に変りませんよ？短周期彗星の軌道を見れば、よりはっきりすると思います。単に周期が長いだけ。何故遠くを回り続けないで、太陽の方に落ち込んでくるのか、というご質問なら、たまたま太陽に強く引かれた、とでもお答えしましょうか:-)

回答No.12

a_kurokin

再び書き込みです。
他の方の回答もあったその通りです。
その上で、総括してみます。
彗星のもとになる星たち（彗星予備軍）の大部分は
太陽系の遠くの方で氷とちりの固まりとして
大きな円軌道に近い軌道を保ちながら
公転を続けているわけです。
その中の一部がたまたま
冥王星のそばを通過したり
海王星のそばを通過したり
お互いの予備軍同士の相互的な引力の影響など
という偶然の結果して
その軌道を大きくひん曲げられてしまい、
そのまた一部の予備軍が
たまたま太陽のそばを通る軌道になったわけです。
その予備軍たちも
太陽のそばを通る軌道にならなければ
予備軍のままです。
軌道を曲げられた予備軍の一部がたまたま太陽のそばを通る軌道になったため
地球人の目に触れるようになり、
彗星として見ることができるようになります。
それらの彗星も
一度太陽のそばを通っただけで
そのまま太陽の引力を振り切り、
二度と戻ってこない星もあれば
太陽の引力に捕まり、
周期的に太陽の近くを通る軌道になってしまうものもあり。
もしかしたらはなっから太陽とは関係のない宇宙の彼方に向かって
遠い旅路につくものもあり、様々です。
でも、地球から見ることができるのは
偶然太陽のそばを通る軌道を通った予備軍だけです。
それらは地球人から新彗星と名前が付けられます。
それらだけを見ると
きわめて細長い特異な軌道をもつ
変わった星のように見られますが
ほとんどの彗星予備軍は
いたって普通の軌道を保ちながら太陽系の遙か彼方を
普通に公転しているわけです。
うまくまとめられたか自分でも疑問ですが
これで分からなければ
あらためて質問してください。
または、もっとよくまとめられる方の
補足待ちと言うことで失礼します。

回答No.11

mmky

まだ質問があったのですね。気が付くのが遅くてごめんね。
[彗星は、何でわざわざあのような公転をするんですか？するようになったんですか？ ]ですね。
詳しいことは解りませんが、一つ確かのことは、太陽や太陽系の惑星が出来たときには、みんな太陽系の惑星ような美しい軌道を描いていたと考えられることです。彗星は太陽系ができた後から太陽系に飛び込んできた星と考えています。こういう星がどこから来たかは解りませんが飛び込んできた時の
速度や向きの条件で超楕円軌道になったと考えられますね。

参考まで

回答No.10

apple-man

＞彗星の軌道が楕円形なのは、なぜですか？

　彗星だけでなく「惑星の軌道は楕円を描く」
と言われています。（ケプラーの法則）

　太陽系を模式的に描いた図や絵を見ると、確かに
彗星だけ楕円のようにみえますが、楕円の曲がり方
の程度が違うだけで、地球も火星も楕円軌道です。

＞太陽の引力やなんかが関係するんですか？
　彗星は太陽の引力に引かれて、太陽の方に
落下して行く状態にあります。正確にはお互いに引き合って
いるのですが、太陽のほうが桁違いにでかいので、結果的に
彗星のほうが太陽に引き寄せられる形となっています。
　さらに彗星は太陽の引力で軌道が曲がるため、曲がった方向と
反対側に遠心力が働きます。（右折する自動車に乗っていると、
左のほうに引き寄せられる、あの力です）
　この引力と遠心力のバランスのとれた結果が、彗星の
軌道です。

（少し例え話を出すと）
　太陽と彗星の力関係は、砲丸投げをする選手とその
鉄球の関係と同じです。彗星を太陽の方向に引き寄せて
いる引力は、鉄球に繋がっているクサリの役目と同じです。
砲丸投げの選手がクサリで鉄球を自分の方向に引っ張って
いる限り、鉄球は選手の周りをまわり続けます。
　イメージを掴みやすくするため、このクサリがゴムだったら
と考えて下さい。早く回せば、遠心力が大きく働いて、
そのぶんゴムは伸びます。

　ここで手に持った野球のボールを地面に落とすこと（自由落下）
を考えてみて下さい。ボールは地面に近づく程スピードが速くなりますね。
同じ原理で彗星のスピードは太陽に近づくほど速くなります。

　彗星のスピードが大きくなるということは、
さっきの砲丸投げの例でいうと、早く回していこう
とするのと同じで、遠心力が大きくなるため、
今度は彗星が太陽から離れていこうとするわけです。

　太陽から離れていく彗星は、真上に投げ上げたボールと
同じで、徐々にスピードを失い再び太陽の方向に落下していく。

＞彗星の軌道が楕円形なのは、なぜですか？
（まとめ）
　上の説明のように、太陽の周りを回る彗星は、
ゴムひもで結んだ鉄球（又はボール）をスピード
を変えながら人間が手で回すのと同じなんです。
　スピードによってゴムひもが伸び縮みする。
つまり鉄球と人間の距離が変わるように、
彗星と太陽の距離が変化しながら、彗星が
太陽の周りをまわるのを、一言で言うと
楕円軌道なんです。

補足

遅れてしまってすみません。
　理解力に乏しいだけかもしれませんが、別に彗星も、地球や金星などの惑星のように太陽の周りを一定に公転すればいいんじゃないでしょうか？？？
　何でわざわざあのような公転をするんですか？するようになったんですか？
　教えてください。ごめんなさい。

回答No.9

mmky

質問者の疑問「何で楕円になるの？」は、mmkyさんも同じ気持ちです。
彗星も勝手に宇宙旅行すればいいじゃんね。
そこでここから説明:
普通の隕石や星のくずは多分勝手に宇宙旅行しているのだと思います。
たまたま太陽のような大きな星に近づいたから彗星になったと思います。
大きな星に近づきすぎると、引力が働きます。（引力は離れれば離れるほど
どんどん小さくなります。距離の２乗に反比例ですから、近くを通った時だけ影響を受けるのです。）
たまたま近くを通った隕石は、星（太陽の）引力でグイーンと曲げられます。この曲がりが隕石の不幸の始まりなのです。ブーメラン病におかされてしまったのです。oshiete_gooさんや皆さんの回答にありますね。この曲がりは楕円の一部ということなのです。ブーメラン病におかされてしまったので、隕石は命からがら大きな星から逃げるのですが、気がつくとまた大きな
星に戻ってきているのです。隕石にとってはとっても迷惑なことですが、
地球の人たちはこれを彗星と呼んで喜んでいるのです。
ということで、物語はおわります。
参考になりましたか？

回答No.8

oshiete_goo

＃６です．
＞高校の物理ではお話程度には出てきたりしますが，
これは誤解を招く書き方だったので，補足します．

ケプラー(Kepler)の法則として，惑星の軌道の話は高校物理で扱っていて，楕円軌道についてはある程度詳しく扱います．
『お話程度には』と書いたのは，放物線や双曲線も含めた一般論として本格的には扱わないという意味です．

ついでの補足ですが，
＞３）双曲線（反比例のグラフの形）
これは，想像しやすいように端的に"反比例のグラフ"と書きましたが，一般的な普通の双曲線は直角双曲線（xy=1など）ではなく，斜めに傾いた斜交座標での双曲線です．念のため．

回答No.7

noname#108554

No.1の方の

>詳しい物理法則等は多分他の回答者が答えてくださると思いますので、

というコメントを受けて、楕円形になる物理的な理由を考えてみたのですが、
どう考えても中学生には無理です。
そもそも、失礼な話かもしれませんが、
「楕円って何？」と聞かれて答えられますか？

大学の力学の講義の内容なので・・・
アドバイスとしては、
「なんとか微分方程式と極座標をものにしましょう。」
ぐらいしかいえないですね。

回答No.6

oshiete_goo

＞太陽の引力やなんかが関係するんですか？

確かに質問者さんの予想通りです．

太陽の引力などの『万有引力（あるいは重力）』(ニュートンのリンゴに限らない！)は中心からの距離の2乗に反比例して小さくなっていきます.　
これを重力の逆2乗則(逆自乗則)という表現をしたりしますが，地球に対する人工衛星の軌道なども同じ関係にあります．[実は電磁気力なども同じ数学的法則性を満たします．]

この逆２乗則を満たす力が働く物体は，そのエネルギーが次第に大きくなるにつれて
１）一番普通なのは楕円軌道（ただし，極めて特殊な例外として，円の場合も含む）．彗星だとかなりつぶれた場合も多いですね．
２）放物線（２次関数のグラフの形）
３）双曲線（反比例のグラフの形）
の３つのうちのどれかのタイプの軌道を描きます．まとめて２次曲線と呼ばれます．
高校の物理ではお話程度には出てきたりしますが，数学的な計算による軌道の証明は大学レベルです．２次曲線の幾何学的話は高校数学で出てきます．

彗星の場合，ほとんどは楕円軌道ですが，中には放物線の軌道を描いて，２度と帰ってこないものもあります．
参考URLの下の方参照
http://www.starclick.ne.jp/backnumber/2000Sum/comet/doko.html

参考URL：

http://www.starclick.ne.jp/backnumber/2000Sum/comet/doko.html

回答No.5

psa29

太陽系の生成と彗星の生い立ちとに関係するのではないでしょうか。
原始太陽系が一つの渦をなしているときに、渦の中心に太陽が形成され、渦の所々に惑星が誕生したので、惑星の公転軌道は（少しずれているものもありますが）ほぼ同一平面で、しかも厳密には楕円軌道ですが、円軌道に近い軌道を形成しています。

それに比べ、彗星の軌道はひどくつぶれた楕円軌道をしています。楕円の幾何学的な説明ではなく、多の惑星に比べ、なぜ彗星が大きくつぶれた楕円軌道をしているのか？そういう質問だと受け取りました。

超楕円軌道の彗星は、私の記憶では、太陽系が形成された後に太陽に補足されたものだからだと思います。
冥王星よりも外側に彗星の予備軍が居て、何かのきっかけで太陽の引力によって、太陽へ向かって落ちていったのが、彗星です。

太陽に衝突せずにそのまま太陽を回り続けるので、多の惑星とは極端に違った楕円軌道になっているのだったと思います。
昔の記憶なので、回答は自信なしです。間違っていたらごめんなさい。

回答No.4

a_kurokin

他の天体だって（地球だって）基本的にすべて楕円形の軌道を描いています。
完璧な円軌道で回っている星があったら
その方が珍しいと思います。
ここからは昔々の記憶なので自信はありませんが・・・
彗星のもとになる星は
太陽系のすっとっ遠くの方で
やはり大きな楕円形をえがいてただよっています。
周りの星の重力などの影響でその中の一部が
太陽の方に向かって曲がってしまうと
そのまま太陽の近くを通る極端に細長い楕円形の軌道になった
ってかんじだったでしょうか？
後半の記憶は曖昧です。ごめんなさい。