光の曲がりと惑星探査機のスイングバイについて

質問

重力場による光の曲がりと同様　惑星探査機のスイングバイも重力場による曲がり　と言えないのでしょうか？　地球の公転も太陽の重力場による周回運動である　と言えないでしょうか？
同じ物理現象ではないのでしたら　違いを教えて下さい。　m(__)m

（もしこれらが同じ物理現象であるのでしたら　スイングバイも公転も光と同様「直進運動である」といえますが・・・）

回答No.6

First_Noel · ベストアンサー

こんばんは．またまた失礼致します．＜（＿＿）＞
＃５さまの御回答ありましたので，若干端折らせて頂きまして以降ですが，

＞・「引力」と「空間の歪み」は同じ事象の　
＞物理学の分野の違いによる表記の違いではないのでしょうか？

これには相違ありません．

しかしスイングバイでは探査機は惑星から運動量を奪うことで成立します．

例えば，太陽系内には多くの逆行衛星（惑星の自転の向きと逆に公転する衛星）がありますが，
これは惑星に公転の運動量を奪われ，やがて墜落する運命にあります．
（逆に例えば月では，年間３ｃｍ程度遠ざかっています．）

同じように，通常のスイングバイと逆向きに軌道を取れば，
探査機は減速されてしまうでしょう．

この現象を説明する為には，自転・公転の向きをパラメータとして含む必要があります．
「距離ｒで一定だから」と言う点で同じであっても，
向きが違えば結果が異なります．

回答No.7

First_Noel

また分割してすみません．．．

太陽系系に対して座標系を取れば，その座標系の中で太陽は不動点です．
つまり地球からどのように近付こうが，「太陽は静止している」と見なせます．
なぜなら，地球の公転それ自体が，太陽を中心とする円運動（理想的に）だからです．

従って，太陽を使ってスイングバイしようとしても，出来ません．

お礼

たびたび貴重な時間を割いて御回答くださいましてありがとうございます
スイングバイについて　わたしの初歩的な誤解がありました　スイングバイは方向転換というより推進力を得ることだったんですね　重力場だけでは推進力は得られませんよね　わたしの間違いでした

>運動量保存の法則が適用される
>スイングバイでは探査機は惑星から運動量を奪うことで成立します

ご回答をようやく理解できました　ありがとうございました　今後の質問にもよろしくお願い致します

回答No.5

Longifolene

>「引力」と「空間の歪み」は同じ事象の　物理学の分野の違いによる表記の
>違いではないのでしょうか？
分野の違いではなく、座標をユークリッド幾何学で扱って重力を露な力
とするか、リーマン幾何学で扱って重力を露な力とは見なさないかの違い
になると思います。
回転運動を慣性系から見るときと回転座標系から見て遠心力が働いていると
して見るときの違いと同じようなものでしょう。

なので、重力場による光の曲がり、地球の公転も太陽の重力場による周回
運動、それから加速・減速の無い方向変換だけのスイングバイはリーマン
幾何学での直線運動として扱えるので同じ現象です。

加速・減速のあるスイングバイは特殊です。これは惑星の運動があるので
重力による空間のゆがみが時間的に変化しています。なので時間的に変化
するリーマン幾何学空間での直線運動とでもいうんでしょうかね？

>探査機は惑星の公転や自転のエネルギーをどのような仕組みで得る事が
>出来るのでしょうか？（引力が介在している事は想像できますが・・）
探査機が惑星に接近する場合には惑星を焦点の１つとする双曲線軌道を
描いて接近します。惑星が運動していなければその速さは惑星－最接近点を
結ぶ直線に対して対称な点では同じです。つまり、（惑星に接近する際に
得たエネルギー）＝（惑星から離れていく際に失ったエネルギー）となる
ので、接近によってエネルギーを得ることはありません。
しかし、惑星が運動している場合には事情が違います。探査機が惑星の運動
の後方を通過する場合には探査機が最接近する前は、惑星が静止している
ときに比べて相対的な距離が近いため強く重力が働き、最接近した後は
相対的な距離が遠いため弱くしか重力が働きません。その結果（惑星に
接近する際に得たエネルギー）＞（惑星から離れていく際に失ったエネ
ルギー）となるのでトータルとして加速されることになります。
探査機が惑星の運動の前方を通過する場合には逆に減速されます。

>探査機にとって宇宙での静止している惑星（仮定）と公転自転している
>惑星の物理的違いはなんでしょうか？
スイングバイでの惑星の運動の物理的違いは探査機の描く双曲線軌道の
焦点に対して惑星が恒に静止（一致）しているかどうかということに
なります。なので区別が可能です。

補足

御親切な回答ありがとうございます　物理　幾何ともに素人の私の考えが基本的なところではあながち間違えではないと知って嬉しく思います　
＃３＃４さまのご回答との矛盾はスタンスの違い（ユークリッドとリーマンの違い）ということなのでしょうか？

ということは・・・・
月が同じ顔を見せているのは　一般に言う　自転周期と公転周期が一致しているから・・に対して　自転していない月が地球の重力場のなかを直進運動しているから・・という私の考えも間違えとして捨て去らなくてもいいのかもしれませんね　如何でしょうか？

回答No.4

First_Noel

＃３です．分割してすみません．．．
両者の区別を改めて書きます．

スイングバイは，利用する惑星が自転や公転をしていなければ，
利得は全くありません．当初軌道をいつまでも維持します．
（推進機の噴射は無いとすれば．）
物理としては，「運動量保存の法則」とか，古典論で解釈されるものです．

重力場による光の曲がりでは，重力源は自転や公転をしていなくても，
ただそこに大質量があると言うだけで周囲の空間が歪むので
光が曲がります．
こちらは一般相対性理論でなければ解釈することが出来ません．

補足

No.３で補足させていただきました　よろしくお願いします。

回答No.3

First_Noel

スイングバイは，光の曲がりと同じ重力場の影響ではありません．

公転や自転のエネルギーを探査機が得ている為です．

探査機にスイングバイされた惑星は，その分自転や公転の
運動量を減少させますが，探査機が惑星に対してあまりにも
軽いので，惑星には影響は皆無と言って良いほどです．

アナロジーとしては，自転車で走っているとき，
横を自動車が通り過ぎるときにぱっとつかんでぱっと離すと，
自転車の速度がぐんと増えている・・・のとスイングバイは
全く同じ物理現象です．しかし光の曲がりはこれとは全く異なります．

補足

毎度親切なご回答ありがとうございます　補足させていただきます

・探査機は惑星の公転や自転のエネルギーをどのような仕組みで得る事が出来るのでしょうか？（引力が介在している事は想像できますが・・）

・探査機にとって宇宙での静止している惑星（仮定）と公転自転している惑星の物理的違いはなんでしょうか？（スペースシャトルの船外作業員にとって母船の静止、公転は区別できないと考えますが・・これは別事象でしょうか）

・「引力」と「空間の歪み」は同じ事象の　物理学の分野の違いによる表記の違いではないのでしょうか？

　お暇なときにでも よろしくお願い致します。（ゴールデンウイーク明けまで開けて置きます）　　m(__)m

回答No.2

jusa

前回答者の回答の訂正です．

探査機自身もエンジンを積んでおり，推進力を持っています．
スイングバイだけが推進源ではありません．

お礼

ご回答ありがとうございます　付け加えてくださる事とか　他のご回答に対して何かございましたらよろしくお願いします。

回答No.1

yang_yang

おっしゃるとおり、惑星探査機のスイングバイも重力場による曲がりによって推進力を得ています。探査機自身がエンジンなどによって推進しているわけではありません。

お礼

早速のご回答ありがとうございます　付け加えてくださる事とか　他のご回答に対して何かございましたらよろしくお願いします。