第一宇宙速度がなぜ秒速7.9Kmなのか？計算式と仕組みを徹底解説

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物体を水平に投げると、重力に引かれて放物線を描いて地面に落ちます。投げる力を強くすればするほど、着地点は遠くなります。ここで17世紀の物理学者アイザック・ニュートンが提唱した有名な思考実験「ニュートンの大砲」を思い描いてみましょう。

地球は球体であるため、地表はどこまでも平らではなく、1km進むごとにおよそ8cmずつ曲がって沈み込んでいます。もし高い山の頂上から大砲を打ち出し、弾の飛ぶスピードをどんどん上げていくとどうなるでしょうか。「弾が重力によって落ちる距離」と「地球の丸みによって地面が湾曲して遠ざかる距離」が完全に一致する速度に達した瞬間、砲弾は地面に衝突することなく、地球の周囲を永久に「落ち続け」ます。これこそが人工衛星が軌道を周回するメカニズムの真相です。

この地上すれすれで周回軌道に乗るための境界値が第一宇宙速度（秒速7.91km）です。これを第一宇宙速度 時速に換算すると時速約28,476km（音速のマッハ23超）に達します。日常の感覚では信じがたい超高速ですが、この猛烈なスピードがあって初めて、地球の引力を振り切ることなく円軌道を描く「地球周回速度」が成立します。