人類が月に到達するにはどれくらいの時間がかかりますか？なぜ非常に速い速度で行う必要があるのでしょうか?ゆっくり飛んでいってもいいですか？

この記事は、ネットユーザーからの質問に答えるものです。大人が地球から月まで歩くのにどれくらい時間がかかりますか？

これはばかげた質問です。大人が二本足だけで地球から歩くことは絶対にできないのに、どうやって月まで歩くことができるのでしょうか?しかし、これを地球と月の間の距離として理解すると、人間の歩く速度に基づいて、そのような長い距離を歩くのにどれくらいの時間がかかるのでしょうか?これは簡単な小学校の算数の問題です。

地球と月の平均距離は384,000キロメートルです。成人は中程度のペースで時速約4キロメートルで歩くことができます。毎日の労働時間で計算すると、8時間歩くと32キロメートルになります。これには 12,110 日かかり、1 年あたり約 365.25 日、つまり約 33.16 年かかります。歩く時間は、各人の歩く速さや1日の歩行時間など、実際の状況に応じて調整できます。

しかし、そんな小学校レベルの算数の問題を解く意味は何でしょうか?

人間が地球を離れようとするなら、まず地球の重力を克服しなければなりません。それを克服する方法はスピードです。現在使用されている機材は主にロケットです。飛行中のロケットは、通常、目的地に応じて 3 つの宇宙速度のいずれかに到達する必要があります。宇宙の3つの速度とは何ですか?これは、地球の重力に基づいて科学者が重力に対抗するために計算した速度です。

最初の宇宙速度は秒速7.9キロメートルです。この速度に達すると、地球の重力に逆らって、一定の高さで地球の周りを回転することができます。地球の重力に引き寄せられることもなく、また、地球の重力から逃れて飛び去ることもありません。そのため、軌道速度とも呼ばれます。第二宇宙速度は秒速11.2キロメートルです。この速度に達すると、地球の重力から脱出し、他の惑星まで飛ぶことが可能です。そのため、脱出速度とも呼ばれます。 3番目の宇宙速度は秒速16.7キロメートルです。この速度に達すると、地球の位置で太陽の重力から逃れ、太陽系の外へ飛び出すことも可能になります。そのため、脱出速度とも呼ばれます。

天の川銀河から脱出する速度である第 4 の宇宙速度もありますが、ここでは詳しく説明しません。

実は、第2宇宙速度は地球の脱出速度、つまり地球の重力から逃れられる速度なのです。太陽系における地球の位置と、太陽や太陽系の他の惑星との関係に基づいて、地球の重力の影響範囲（ヒル球半径）は約 150 万キロメートルであると計算できます。つまり、この範囲内では、第二宇宙速度に到達しないと、最終的には地球に引き戻されてしまうことになります。

月は地球から384,000キロメートル離れているため、地球の重力圏内にあり、地球の重力に引かれて自転しています。したがって、人類が月まで旅行したい場合、速度は第一宇宙速度と第二宇宙速度の間、一般的には秒速10～11キロメートル程度に達する必要があります。

地球は自転と公転をしており、月も公転しているので、月に到達するのは直線ではありません。より高い速度に到達するには、宇宙船は所定の速度まで加速して地球を数回周回する必要があります。したがって、宇宙船を月に打ち上げて実際に移動する距離は、384,000キロメートルをはるかに超えます。

秒速 11.2 キロメートルで移動すると、384,000 キロメートルを移動するのに 10 時間もかかりません。しかし、現実には、すべての宇宙船は数日間かけて月まで旅をします。

例えば、アポロ11号有人月探査機は1969年7月16日午前9時32分に打ち上げられ、7月19日まで月付近に到達せず、7月20日午後8時17分43秒に月面に着陸した。2020年11月24日に打ち上げられた我が国の嫦娥5号も4日間をかけて11月28日に月周回軌道に到達した。

月に向けて打ち上げられた宇宙船の速度は確かに速くなり、宇宙の第三速度を超えることさえあるが、月に到達した後のブレーキはより困難になり、ブレーキ距離は長くなり、消費されるブレーキ燃料も増え、コストに見合わないものとなる。したがって、適切な速度が最も経済的かつ効率的です。

重力の式は F=GMm/r^2 です。ここで、F は重力の大きさ、G は万有引力定数、M と m は重力の影響を受ける 2 つの当事者の質量、r は重力の影響を受ける 2 つの当事者の質量中心間の距離です。重力の公式から、重力の大きさは質量に比例し、距離の二乗に反比例することがわかります。つまり、距離が長くなるほど、重力は速く減少します。

したがって、いわゆる 3 つの宇宙速度は、地球の表面が地球から離れるために到達する必要がある速度です。月のこの位置では、地球の重力から逃れるのに必要な速度ははるかに小さくなります。第二宇宙速度式 v=√(2GM/R) によれば、月から非常に遠い距離で地球の重力から逃れるのに必要な速度「v」は、秒速 1.44 キロメートルをわずかに超える程度です。

しかし、月に近づくと月の重力に引っ張られ、月の重力は地球の重力よりも大きくなります。月面からの脱出速度は秒速2.37キロメートルで、軌道速度は秒速約1.7キロメートルに達する必要がある。そのため、月に近づくと、月に引きずり下ろされないように秒速1.7キロメートル以上の速度が必要となり、月の重力から逃れるためには秒速2.3キロメートル以上の速度が必要になります。

3 つの宇宙速度は、地球の重力に対抗できる地球表面の初期速度のみを指します。多くの友人はいつもこの問題を理解できず、速度を維持するための燃料が常にある場合、宇宙の速度の 3 倍に達することなく地球の重力からゆっくりと脱出することは可能かとよく尋ねます。私の答えは「もちろん」です。

しかし問題は、これには膨大な量の燃料消費が必要であり、ロケットや宇宙船は十分な量の燃料を搭載する必要があることです。大量の燃料によりロケットの離陸重量が大幅に増加するため、離陸にはより多くの燃料が必要になります。燃料と装備品の重量の増加により悪循環が生じ、離陸が不可能になります。

そのため、科学者たちは、計算された軌道速度、分離速度、脱出速度が、これまでの宇宙打ち上げで達成する必要のある初期速度であり、地球の重力に対抗する最も科学的で燃料効率の良い打ち上げ方法であることを発見しました。ロケットは打ち上げ時に初速度に達した後、すでに大気圏外に飛び出しており、空気抵抗はなくなります。加速、減速、軌道変更に必要な燃料はごくわずかです。主に慣性や天体の重力によるパチンコ効果を利用して速度を上げ、遠くの目標まで飛行します。

人類は重力の素晴らしい効果を理解した後、この既知の自然法則を利用して地球を離れ、深宇宙へ飛ぶことができました。空飛ぶ乗り物を使わないと、どれだけジャンプしても数メートル以上は飛べません。どうやって月に到達できるのでしょうか?したがって、この記事では、この無意味な質問を利用して、重力と速度の間の科学的常識を単に一般化して、参考として紹介するだけです。

私の言いたいことは伝わったでしょうか？読んでいただきありがとうございます。ぜひ議論に参加してください。

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