Movatterモバイル変換

[0]ホーム
URL:

コンテンツにスキップ
Wikipedia
検索

公転周期

出典: フリー百科事典『ウィキペディア（Wikipedia）』
この記事は検証可能な参考文献や出典が全く示されていないか、不十分です。出典を追加して記事の信頼性向上にご協力ください。（このテンプレートの使い方）
出典検索?: "公転周期" – ニュース ·書籍 ·スカラー ·CiNii ·J-STAGE ·NDL ·dlib.jp ·ジャパンサーチ ·TWL(2011年7月)
宇宙力学
楕円軌道の要素
円軌道・楕円軌道
遷移軌道
(ホーマン遷移・二重楕円遷移)
放物線軌道
双曲線軌道
軌道の減衰
宇宙機の設計
重力の利用
スイングバイ
パワードスイングバイ

公転周期（こうてんしゅうき、英語:orbital period）とは、ある天体（母天体）の周囲を公転する天体が、母天体を1公転するのに要する時間のこと。日本語では軌道周期[1]とも呼ばれる。

太陽の周囲を公転する天体や月の場合、目的によって以下のように定義の異なるいくつかの周期が用いられる。

恒星周期と会合周期

[編集]

惑星の恒星周期と会合周期の関係式はニコラウス・コペルニクスによって導かれた。

ここで以下の各記号を用いる。

E = 地球の恒星周期（恒星年）
P = 惑星の恒星周期
S = 惑星と地球との会合周期

円軌道を仮定すると、会合周期S の間に地球は (360/E)S 度、惑星は (360/P)S 度だけ公転する。

ここでまず内惑星について考えると、地球から見て内合の位置にいる内惑星が再び内合の位置に戻るまでに、内惑星は地球よりも1周多く公転する。

SP360∘=SE360∘+360∘{\displaystyle {\frac {S}{P}}360^{\circ }={\frac {S}{E}}360^{\circ }+360^{\circ }}

よってこの式から、惑星の恒星周期P は以下のように求められる。

P=11E+1S{\displaystyle P={\frac {1}{{\frac {1}{E}}+{\frac {1}{S}}}}}

同様にして外惑星の恒星周期は以下のようになる。

P=11E−1S{\displaystyle P={\frac {1}{{\frac {1}{E}}-{\frac {1}{S}}}}}

この式は地球と惑星の公転角速度を考えると容易に理解できる。惑星の見かけの角速度はその惑星の真の（恒星に対する）角速度から地球の角速度を引いた値となる。よって惑星の会合周期は単に1公転（360度）を見かけの角速度で割った値になる。

太陽系の主要な天体の地球に対する会合周期は以下の通りである。

  恒星周期（年） 会合周期（年） 会合周期（日）
水星    0.241  0.317  115.9
金星    0.615  1.599  583.9
地球   1    —    —
月    0.0748    0.0809    29.5306
火星    1.881  2.135  780.0
ケレス    4.600  1.278  466.7
木星  11.87  1.092  398.9
土星  29.45  1.035  378.1
天王星  84.07  1.012  369.7
海王星164.9  1.006  367.5
冥王星248.1  1.004  366.7

惑星の衛星の場合、会合周期は通常は太陽との会合の周期を意味する。すなわち、惑星上の観測者から見てその衛星が朔望の1周期を完了し、太陽と同じ離角の位置に再び戻るまでの時間を指す。よって惑星の衛星の会合周期には地球の運動は関係しない。たとえば火星の衛星ダイモスの会合周期は 1.2648 日で、恒星周期 1.2624 日よりも 0.18% ほど長い。

計算

[編集]

小天体の公転周期

[編集]

天体力学では、中心天体の周囲を円軌道または楕円軌道を描いて公転する微小天体の公転周期T{\displaystyle T\,} は、微小天体の質量が中心天体に比べて十分小さい場合には

T=2πa3/GM{\displaystyle T=2\pi {\sqrt {a^{3}/GM}}}

と表される。ここで、

である。

この式から、軌道長半径が等しい円・楕円軌道はその離心率によらず同じ公転周期を持つことが分かる。

地球（または地球と平均密度が等しい任意の球対称の天体）の周囲を公転する小天体の公転周期は、

T=1.4(a/R)3{\displaystyle T=1.4{\sqrt {(a/R)^{3}}}}

となる。同様に、中心天体の密度が水と等しい場合の公転周期は、

T=3.3(a/R)3{\displaystyle T=3.3{\sqrt {(a/R)^{3}}}}

となる。ここでT の単位は時間で、R は中心天体の半径である。

このように、万有引力定数G のような非常に小さな定数を用いる代わりに、水のような基準となる物質を用いることで重力の普遍的な強さを表すことができる。密度が水に等しい物質からなる球形の中心天体の表面近くを公転する小天体の公転周期は3時間18分となる。また逆に、この関係式は普遍的な時間の単位の一種として用いることもできる。

中心天体が太陽の場合、その周囲を公転する天体の公転周期は単純に

T=a3{\displaystyle T={\sqrt {a^{3}}}}

と表される。ここでT の単位は年、a の単位は天文単位である。この式はケプラーの第三法則にほかならない。

二体問題の公転周期

[編集]

互いに質量を無視できない二天体の公転周期P{\displaystyle P\,} は以下のように計算される。

P=2πa3G(M1+M2){\displaystyle P=2\pi {\sqrt {\frac {a^{3}}{G\left(M_{1}+M_{2}\right)}}}}

ここで、

である。この式から分かるように、両天体の密度が同じならば系の大きさをスケーリングしても公転周期は変わらない。

放物線軌道や双曲線軌道の場合には軌道運動は周期的にならず、軌道全体を運動するのに要する時間は無限大となる。

脚注

[編集]
[脚注の使い方]
  1. ^“高校数学・物理で学ぶスイングバイ軌道の作り方①　〜軌道伝播をしてみよう〜”. edu.jaxa.jp （JAXAアカデミー）. JAXA宇宙教育センター. 2025年7月23日閲覧。

関連項目

[編集]
軌道の種類
（人工衛星）
全般
地球周回軌道
その他の天体等
軌道要素
（人工衛星）
  • 形状
  • サイズ
配置
位置
変動量関連
軌道マヌーバ
軌道力学
典拠管理データベース: 国立図書館ウィキデータを編集
「https://ja.wikipedia.org/w/index.php?title=公転周期&oldid=106037524」から取得
カテゴリ:
隠しカテゴリ:
[8]ページ先頭
©2009-2025 Movatter.jp