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第2章 地図上でのスペースシャトルの軌道


★ここでは、シャトルの軌道が世界地図上にどのように表せるかを学びます。

2.1 シャトルの軌道

 地球上の全ての地点は緯度・経度の組み合わせで表されます。

緯度:赤道からどれだけ北に(もしくは南に)離れているかを、地球の中心からの角度で表します。従って、赤道は0度、北極(もしくは南極)は90度です。
経度:北極、南極、(旧)グリニッジ天文台(英国)を結ぶ基準線から、どれだけ東に(もしくは西に)離れているかを、地球の中心からの角度で表します。


図提供:「世界地図を作ろう

 シャトルが地球を回る道筋を軌道といいます。シャトルは当然宇宙を飛びますが、この軌道を地図上に表す場合、どこの上空を飛行するかを線で表します。この地図上の軌道は、Ground Track(航跡)とも呼ばれます。

 このGround Trackは、地球儀の上では円ですが、世界地図(メルカトル図法)の上に現すとSの字を描いたカーブになります。このS字カーブは地球を1周する間に、赤道と必ず2回交わります。
 また、軌道傾斜角(軌道と赤道の角度)は、S字カーブの一番高い緯度と一致します。



 シャトルは約90分で地球を1周するので、約45分ごとに昼と夜がやってきます。もし地球が自転していなかったら、シャトルは1周して元の位置に戻ってきます。しかし、シャトルが1周する間に、地球も90分自転するので、もとの位置には戻れません。地球の自転は1時間に15度だから、90分では22.5度西へずれることになります。


 実際に1周にかかる時間(=周期)は軌道高度によります。軌道高度が高くなるほど、周回速度は遅くなり、周期は長くなります。周期が90分の場合は、1周毎に22.5度ずれるため、16周すると元の軌道に戻ります。ところが、毛利さんの今回のフライト (STS-99) では、周期はおよそ89.2分で、元の軌道に戻るまでに159周する必要があります。

STS-99のGround Track(航跡)

 後の項で述べるように、夜間の撮影は光の量が不足するため、写真はうまく写りません。写真撮影を成功させるために、スペースシャトルが昼間の地帯の上空を飛行している時間帯を調べる必要があります。これらは、NASAのホームページ上に掲載されるmission time lineで確認できます。そして、Ground Track上で、昼間が始まる経度をLongitude Day、夜間が始まる経度をLongitude Nightといいます。
1999年7月5日 午後3時時点の昼と夜
画像提供:Earth and Moon Viewer
STS-99の昼間だけのGround Track。航跡が途中で切れているように見える。

 
STS-99の全航跡 低解像度 94kb 中解像度 309kb 高解像度 873kb
STS-99の昼間の航跡 低解像度 68kb 中解像度 224kb 高解像度 669kb


【実習1】毛利さんのシャトルの軌道を地球の地図の上に描いてみよう。

 準備:地球儀、世界地図、輪ゴム
(1)輪ゴムを地球儀にかける。毛利さんの9月のフライト(STS-99)では、軌道傾斜角は57度なので、輪ゴムと赤道の角度を57度にする。
(輪が最大になる(輪の中心が地球儀の中心と一致する)ように注意すること。)
(2)輪ゴムの緯度、経度を細かく世界地図に書き写して、全ての点を線で結ぶと軌道の出来上がり。軌道は、S字に描かれることがわかります。
(3)シャトルの進行方向の矢印も軌道に書いてみよう。

【実習2】
(1) 地球儀を使って、ひもで以下の地域を結んでみよう。結んでみると、地球の中心を中心とした円になることがわかります。
シンガポール-札幌-アラスカ半島-バンクーバー-ヒューストン-メキシコユカタン半島-パナマ-パラグアイ-ウルグアイ-インド洋…
(2) 今度は上の地点を世界地図に印をつけて線で結んでみよう。S字を描いていることがわかります。
(3) この軌道の最北と最南の緯度を調べてみよう。また、軌道傾斜角(赤道面と軌道面との角度)を調べてみよう。軌道傾斜角=最北通過点、最南通過点の緯度となることがわかります。


【実習3】次の世界地図に描かれているA〜Dの4本の軌道の軌道傾斜角を調べてみよう。




2.2 Try more! 発展学習
・軌道について、もっと詳しく学びたい!
スペース百科 人工衛星の軌道要素
http://spaceboy.nasda.go.jp/note/eisei/j/eis04_j.html

ISS EarthKAM<English>
http://www.earthkam.ucsd.edu/

・世界地図の作り方を学べば、軌道のことがもっと分かるよ。
世界地図を作ろう
http://homepage1.nifty.com/ptolemy/

国土地図株式会社
http://www.kokudochizu.co.jp/


最終更新日:1999年 7月 6日

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