軌道平面

軌道平面とは

軌道平面とは、惑星や衛星などの天体が、その運動によって描かれる軌跡を包含する仮想的な平面のことです。天体の軌道を理解し、予測する上で非常に重要な概念です。軌道平面は、空間内の3つの非共線な点によって一意に決定されます。一般的には、中心となる天体の位置と、軌道天体が異なる時刻または位置で示す2点を使用します。

軌道平面の定義

軌道[平面]]は、基準面に対する傾斜角(i)と昇交点黄経]の2つのパラメータを用いて定義されます。これらのパラメータは、基準面に対して軌道[[平面がどのように傾いているか、また、軌道平面が基準面と交わる位置を表します。

• - 傾斜角(i): 基準面と軌道[平面]]との間の角度。
• - [[昇交点黄経]: 基準面において、軌道が基準面を南から北へ横切る点（昇交点）が、基準点からどれだけ離れているかを示す角度。

基準面

太陽系の場合、基準面として一般的に用いられるのは、地球が太陽の周りを公転する軌道面、つまり黄道面です。黄道面は、太陽が天球上を一年かけて移動すると考えられる経路を表します。

一方、他の惑星を周回する衛星や人工衛星の場合、基準面は惑星の赤道面となることがあります。この場合、軌道平面と惑星の赤道面との間の角度が、軌道傾斜角として定義されます。

人工衛星の軌道平面

人工衛星を打ち上げる際、軌道平面は軌道を決定する重要なパラメータとなります。軌道平面を変更するには、一般的に大量の燃料が必要になります。一方、軌道周期や離心率、軌道上の位置などは、推進システムによって比較的容易に変更できます。

地球を周回する人工衛星の軌道平面は、地球の重力が一様でないために影響を受け、乱れることがあります。このため、軌道平面はゆっくりと地球の周りを回転します。この現象を利用して、特定の角度にある軌道面は、太陽を追跡する太陽同期軌道を形成することが可能です。

打ち上げロケットの打ち上げウィンドウは、通常、目標とする軌道平面が打ち上げ場所と交差する時間によって決定されます。これは、衛星を効率的に目的の軌道に乗せるために重要な要素です。

軌道平面に関連する概念

• - 地球中心慣性座標系: 地球の中心を原点とし、地球の自転運動を考慮しない座標系。
• - 地球中心地球固定座標系: 地球の中心を原点とし、地球の自転運動に合わせて回転する座標系。
• - 不変面: 太陽系内の全ての軌道面の加重平均によって定義される仮想的な平面。
• - 軌道要素: 天体の軌道を定義するためのパラメータの集合。軌道長半径、離心率、軌道傾斜角、昇交点黄経、近点引数、平均近点離角など。
• - 軌道状態ベクトル: ある時点における天体の位置と速度を表すベクトル。
• - 軌道力学: 天体の運動を研究する力学の分野。
• - ニュートン力学: 古典的な力学の理論体系。天体の運動を記述する基礎。
• - ケプラーの法則: 惑星の運動に関する3つの法則。軌道の形状、面積速度一定の法則、周期の法則。

出典

• - Fundamentals of Astrodynamics', (1971) Roger R. Bates, Donald D. Mueller, Jerry E. White, Dover Publications, Inc, New York, p.21

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