国際宇宙ステーションはなぜ浮く？｜高度・速度と微小重力

宇宙ってどこから？
どこまで行けば無重力？

国際宇宙ステーションやスペースシャトルの中で、宇宙飛行士がふわふわと浮いている状態、あれは無重力空間にいるのではなく自由落下中に無重量状態になっているだけです。

どこからが宇宙？

宇宙の境界としてよく使われるのは高度100kmです。地上から急に空気がなくなる境界ではなく、定義上の目安です。

2021年には前澤友作氏が国際宇宙ステーションに民間人として滞在したことがニュースになり、ステーションから発信された動画などが話題になりました。

宇宙飛行士と言えばスペースシャトルで打ち上げられ、地球を外から見ることの出来る夢のある職業というイメージもあるのではないでしょうか。

2020年代に入り、それが民間人でも体験できるレベルになってきています。

一般には飛行機で上昇する高度、約10,000m（=10km）程度までが体験ゾーンでしょう。私もそれ以上の高度まで登ったことはありません。

エベレストの山頂がおよそ高度8,800m（海抜）ですから、それと比べると大して変わらない高さですので、まだ宇宙とは到底呼べないことは直感的にも分かります。

では、どこまで地上から離れれば宇宙に行ったということになるのでしょうか。

地上から宇宙空間までの間は無段階に連続的に繋がっていますから、明確なラインがあるわけではありません。

そこで便宜的に、大気がほとんどなくなる高度100,000m（=100km）から先を宇宙と呼ぶことになっています。

JAXAのHPに分かり易い図が載っています。以下の通り国際宇宙ステーションは高度400kmですので、この分類上は宇宙に存在していることになります。

あくまでも人が勝手に決めた基準ではありますが、高度100kmから先が宇宙です。

ただし、大気圏と呼ばれる層の最外層に当たる外気圏は高度500km以上まで続いていて、ISSの高度にも、ごく薄い大気が残っています。これはISSを宇宙とは呼べないという意味ではありません。

どこまで行けば無重力？

100kmどころが1,000km離れても無重力ではありません。高度が高くなれば自動的に重力がゼロになるわけではありません。

無重力とは、その言葉の通りで重力が無い状態です。

ここでは、地球が物体を引く引力を重力として説明します。地表で測る見かけの重さには地球の自転も関係しますが、軌道上の説明ではまず引力と運動を分けます。

私達と地球が引き合う力のことです。

万有引力は距離の二乗に反比例しますので、離れれば離れるほど小さくなります。

しかし、1,000km離れたところでゼロにはなりません。

宇宙の深淵、星も光も何も無いボイドと呼ばれる空間でさえ、厳密には無重力ではあり得ません。

ISSの浮遊を理解するうえでは、重力が完全に消える場所を探すより、宇宙船と乗員が一緒に落下する状態を考える方が適切です。

宇宙飛行士はなぜ浮いているのか

国際宇宙ステーションの中は、一般に微小重力と呼ばれる環境です。

自由落下する観測者にとって、局所的には自由落下する空間は無重力と同じ状態に近づきます。重力そのものが消えたという意味ではありません。

例えば、と言ってもなかなか体感できるものでは無いので難しいですが、アトラクションで落下するタイプのものは落下の瞬間に浮揚感を感じることが出来ます。

その瞬間、あなたの体は擬似的に無重力状態に置かれているのです。

自由落下は地上に向けて加速度g（9.8m/s^2）で加速しながら落ち続けている状態ですから、エレベーターのように途中で一定速度になる下降は対象外です。

実際に宇宙飛行士は地上でこの体験に慣れるため、自由落下する航空機の中で訓練を行います。

ZERO-G社のHPを開くとそのトップに動画がありますが、以下の動画でもご覧頂けます。

どこかでみたことがあるのでは無いでしょうか。

これはパラボリックフライトと呼ばれるのもので、大きく上昇した後に推力をカットして自由落下を行う飛行です。

自由落下をしている間は機内が無重力状態となり、体は浮き、水は水滴となって空中を漂います。

厳密には完全な無重力とはいきませんが、私たちの良く知っている宇宙遊泳のイメージが再現されます。

パラボリックとは放物線のことで、投げ上げたボールが落下する軌道を飛行機で描くことで、重力に逆らわない落下を再現したものです。

空気抵抗もありますので完全に地上に向けて加速度gで落下するわけでは無いのですが、動画で見て頂ける通り十分浮いています。

国際宇宙ステーションは、地球の周りを回りながら延々と落下し続けている状態です。

ISSは地球の中心方向へ加速されながら、横方向にも速く進むことで周回しています。軌道上の重力加速度は地表の値と同じではなく、加速度自体を「力」と呼ぶのも適切ではありません。

ちょっと難しいかもしれませんが、物体の回転運動を支える力は向心力と呼ばれる回転中心に向けて引かれる力です。

スペースシャトルや静止衛星なども全てこの法則に則っています。

向心力については詳しく解説した記事がありますので、宇宙の謎と共に参考にされて下さい。

ISSと一緒に回る座標では遠心力を用いて説明できますが、それを地球から見る説明へ混ぜると混乱します。まずは宇宙船と乗員が同じ軌道を自由落下している、と考えましょう。

高さと重さを別々に考える計算例

ISSの高さだけを見て「重力が届かない」と考えると、衛星が地球を回る理由を説明できません。地球をほぼ球として扱い、その質量が中心に集まっていると近似すると、中心からの距離が大きくなるほど引力は距離の二乗に反比例して弱くなります。距離に使うのは地表からの高度ではなく、地球の中心からの距離です。高度400kmをそのまま分母へ入れる計算は誤りです。

当ブログの概算として地球の半径を6,371km、高度を400kmと置くと、中心からの距離は6,771kmです。地表との重力の比は（6,371÷6,771）の二乗で約0.885、つまり約89％になります。地球の形や自転、ISSの高度の変化を省いたモデルですが、「宇宙だから重力がほぼゼロ」という理解とは大きく違うことが分かります。

同じ単純化した円軌道モデルでは、中心へ向かう加速度は速度の二乗を軌道半径で割った値になります。引力による加速度がこの運動を支えるため、横方向の速さと高さを合わせて考える必要があります。横へ進む間にも地球へ向かって落ちますが、地球の表面も曲がって遠ざかるため、地面へ衝突せず回り続けるという説明です。

重さを体重計で測る場面も考えてみましょう。床に立っていると、床が体を押し返し、その力を体重計が測ります。一緒に自由落下する体と体重計の間では、この押し返す力がほとんどありません。質量が消えたわけでも、地球との引力が消えたわけでもなく、支える力が小さくなったために重さを感じなくなるのです。

実際の宇宙船では振動、空気の流れ、姿勢制御などによって小さな加速度が生じます。そのため微小重力という言葉の方が実際の環境を説明しやすくなります。紹介映像を見るときは、浮く理由を「高さ」、軌道を保つ理由を「何かの力が重力を打ち消すこと」と置き換えず、乗員と宇宙船の運動を一緒に追ってみてください。

宇宙の境界については、国際航空連盟の100kmという定義と、米国で使われてきた約80kmという定義の違いもあります。これは別の定義を用いているのであって、どちらかの高さで重力が突然なくなるという話ではありません。宇宙飛行の記録、気体の分布、重さの感じ方は、それぞれ別の問いです。

確認資料（2026年10月12日）：JAXA・空と宇宙の境目、NASA・微小重力の説明。

国際宇宙ステーションは無重力？：まとめ

ということで、国際宇宙ステーションは無重力ではなく、無重力状態になっているだけです。

自由落下している空間の中にいるだけであって、地球からは常に引っ張られている状態です。

また、高度100kmはよく使われる宇宙の境界です。高度約400kmのISSに薄い大気が残ることと、ISSが宇宙を飛行していることは矛盾しません。

感じ方は人それぞれですが、私見では宇宙へ行くということは映画インターステラーにあるような恒星間空間への旅立ちを想起させますので、2022年時点ではまだまだ人類の未到の技術と言えると思います。

ひとたび太陽系を出て暗黒の空間に足を踏み出すことが出来れば、それこそ全く次元の違う天体たちが浮かぶ見たこともない空間が広がっていることでしょう。

地球から観測するだけではなく、人類が出ていく時代もそう遠くないのかもしれません。