天体力学（てんたいりきがく）
最終更新：2026/4/16
天体の運動を、物理学の法則に基づいて解析する学問。惑星、衛星、彗星などの軌道を予測し、宇宙空間における位置を決定する。
別名・同義語 軌道力学宇宙力学
ポイント
ニュートンの万有引力の法則を基盤とし、数学的な手法を用いて天体の運動を厳密に計算する。宇宙探査の根幹をなす学問分野である。
天体力学とは
天体力学は、天体の運動を記述し、予測するための学問です。主に、ニュートンの万有引力の法則と運動の法則を基礎として、数学的な手法を用いて天体の軌道を計算します。天体力学は、天文学、宇宙力学、測地学など、様々な分野と密接に関連しています。
歴史
天体力学の起源は、古代ギリシャの天文学に遡ります。プトレマイオスの『アルマゲスト』では、地球中心の宇宙観に基づいて、惑星の運動を複雑な円軌道とエピサイクルの組み合わせで説明しました。しかし、16世紀にコペルニクスが地動説を提唱し、ケプラーが惑星の運動法則を発見したことで、天体力学は大きく発展しました。特に、ケプラーの法則は、惑星の軌道が楕円であることを示し、ニュートンの万有引力の法則によって理論的に説明されました。
基礎となる法則
天体力学の基礎となるのは、以下の法則です。
- ニュートンの万有引力の法則: 2つの物体の間に働く引力は、それぞれの質量の積に比例し、距離の2乗に反比例する。
- ニュートンの運動の法則: 物体の運動状態を記述する法則。慣性の法則、運動の法則、作用・反作用の法則を含む。
- ケプラーの法則: 惑星の運動を記述する法則。楕円軌道の法則、面積速度一定の法則、調和の法則を含む。
計算手法
天体力学では、天体の運動を厳密に計算するために、様々な数学的な手法が用いられます。例えば、
- 二体問題: 2つの天体のみが存在する場合の運動を解析する問題。解析解が存在する。
- 三体問題: 3つの天体が存在する場合の運動を解析する問題。一般的に解析解は存在せず、数値計算によって近似解を求める。
- 摂動論: 複数の天体が存在する場合、ある天体の運動を基準として、他の天体の影響を摂動として扱う手法。
応用分野
天体力学は、以下の分野で応用されています。