地球と火星の距離は何光年?何年かかる?

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地球から火星までどのくらいの距離があるんでしょうか?

地球から天王星まで光の速さだと時間はどれくらいかかる?何光年?

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地球と火星の距離は何光年?何年かかる?

太陽から見て地球と火星が一直線に並んだ場合、一番距離が近くなりますね。
その場合、太陽から地球の距離は約1億五千万km、太陽から火星までの距離が約2億2千7百万kmです。
よって、地球と火星の距離は約7千7百万kmです。
光の速さで、約4分28秒です。ちなみに地球から太陽までなら約8分20秒です。

火星は、有史以前から水星・金星・木星・土星とともに星座の中を移動していく惑星として知られていました。古代の人々は、火星が血の色のように赤く見えることから、戦いの神「マーズ」名付けました。そしてその動きを記録にとどめるとともに、地上に起こるさまざまな出来事との関連から占星術を発展させていったのです。

 占星術から天文学が生まれ、火星が災いの星などではないとわかってからも、望遠鏡で見る火星は不可思議な存在でした。19世紀末から20世紀初頭には、火星の赤茶けた表面に見える模様が高等生物の造った運河であるとの説が拡がり、タコのような火星人が想像されたりもしました。SF映画に出てくる宇宙人のイメージもこの頃つくられたと考えられています。

 1965年 初めて火星に到達した探査機マリナー4号は、火星の表面に多くのクレーターがあることを発見し、火星探査は新たな時代に突入しました。火星には火星人も運河も存在しないかわりに、地球がどうして生命のあふれた星になったのかを示すヒントが隠されていると考えられます。そして将来、人類が火星に移住することも可能かどうかを検討する時代になったといえます。

まとめ:地球と火星の距離は何光年?何年かかる?

火星までの距離は、従って一概には言えません

しかも地球も火星も楕円軌道

最も近付くとその距離は7500万キロ前後です

火星は独立して太陽の周りも回っている為、火星が太陽の反対側にいる、と言う様な場合もあります
こうなるとその距離は3億5千万キロと言う事に

ちなみに月までは40万キロちょっとですので、それだけを比較すれば地球と火星の距離は約20倍と言う事に

月は地球の周りを回っている衛星ですので、多少は楕円ですが同じような距離にあります

補足:地球と火星の距離は何光年?何年かかる?

地球からだと、水星と火星までの距離はどちらの方が近いのかというと、時によります。

地球の軌道半径を1auとしたとき水星、火星の軌道半径(長半径)は

水星:0.3871
火星:1.5237

原理的に最も近付けるときの距離と、最も離れる時の距離は

水星:0.6129~1.3871
火星:0.5237~2.5237

現実には地球を含め、軌道が少し傾いていたり若干楕円になってたりしますが、同一平面上の円軌道として計算した、目安程度の値です。

ということで、より近付けるのも、より離れるのも火星。
平均的には水星が近いです。

■問題
地球を出発してホーマン軌道を通り、火星に到着した後、火星を出発して再びホーマン軌道を通って地球に帰還するまでの日数を求めよ。
地球も火星も円軌道を描いて公転していると仮定し、火星の平均距離は a=1.523AU(天文単位) 1年=365日として計算せよ。

○地球からの出発
図Aで中心の黄色い丸が太陽(S)、内側の青い丸が地球(E)、外側の赤い丸が火星(M)です。
必要な計算をしておきます。
火星の公転周期(T)はケプラーの第3法則(調和の法則)により、T^2=a^3 です。
T=√(a^3)
 =1.874年 =687日 です。

ホーマン軌道とは、地球と近日点、火星を遠日点とする楕円軌道です。時間はかかりますが最も経済的に火星に到着できる軌道ですから、火星での生活のための大量の荷物の運搬などはホーマン軌道が有利です。図ではピンク色のラインで示されます。
近日点が1AU、遠日点が1.523AUなので 平均距離a=1.2615AU
同じくケプラーの第3法則を用いて
 =1.417年 =517日 です。
火星への道筋は軌道を半分行くだけで到達できますから、地球を出発してから259日で火星に着きます。

地球がE1の位置にあるとき出発すればM2の位置で火星に到着します。火星の方が地球より公転角速度が遅いので、火星がM1の位置にあるとき出発しなくてはなりません。
E1・S・M1のなす角度が44度のときに出発すればいいことになります。

○火星での滞在期間
宇宙船が火星に到着したとき(M2)、地球は出発時点から259日経っていますからE2の位置にいます。M2・S・E2のなす角度は75度です。
帰還するときは火星と地球の位置関係が良くないとホーマン軌道を通って帰ることはできません。 上で、M2・S・E2のなす角度は75度と書きましたから、今度は地球に到着できるように帰るには火星出発時点の火星の位置より、地球が75度遅れている位置で火星を出発しなければなりません。
75度進んだ位置から75度遅れた位置まで動くには両星位置関係が210度進まねばなりません。(+75度から+285度まで動きます)
地球が1日に動く角速度は ωe=360/365度
火星が1日に動く角速度は ωm=360/687度
です。
この差がR日分積もって210度になるには
R(ωe-ωm)=210
R=210÷(360/365-360/687)=447日
かかります。
つまり火星と地球の位置関係が最良になるまで447日火星で過ごさなければなりません。その間に地球は441度公転してE3の位置、火星はM3の位置にいます。
E3・S・M3のなす角度が75度です。

○火星から地球へ
火星を出発して地球まで帰り着くには、ホーマン軌道で259日かかります。火星がM3の位置で出発し地球がM4の位置にあるとき、地球へ帰還することができます。

出発してから 259+447+259=965日 かかることになります。約2年8ヶ月です。
計算は有効数字3桁でおこないましたので正確にやれば数日異なる結果になるかもしれません。さらに火星軌道も地球軌道も円軌道ではなく楕円軌道なので常に太陽からの距離が同じではありません。概算だと割り切ってください。

実際の火星旅行を考えると、経済的なホーマン軌道を通って建設資材や水・食料などを運ぶ貨物船を何基も飛ばして火星の周回軌道に乗せておき、人間は数ヶで到着できる高速ロケットを使って行くというのが現実的です。
宇宙空間には遮るものが何もないので強い太陽フレア(太陽面の爆発現象)や深宇宙からのガンマ線バーストなど宇宙飛行士の命が危険にさらされる可能性は高いのです。できるだけ短時間で火星に到着してリスクを減らす必要があります。
火星周回軌道上で先に飛ばした資材と合流し、そこで着陸準備をするのが最も安全でしょう。

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