軌道エレベーターのケーブルはなぜたるまない？宇宙規模の「遠心力」と建設の仕組み

建設の謎：空から紐を垂らして張る方法
ケーブルが張る原理と建設手順・詳細
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建設の謎：空から紐を垂らして張る方法

「空から紐を垂らして、本当にピンと張るのか？」「重力で落ちてこないのか？」
軌道エレベーター（宇宙エレベーター）を想像する際、最も不思議に感じるのがこの点でしょう。通常の建物は下から積み上げますが、軌道エレベーターは全く逆で、「宇宙から吊り下げる」構造物です。

ケーブルがピンと張り続ける理由は、地球の自転が生み出す「遠心力」と、地球が引っ張る「重力」による、壮大な綱引きにあります。本記事では、ケーブルがたるまずに宇宙空間へ伸び続ける物理的な仕組みと、SFのような建設プロセスを解説します。

ケーブルが張る原理と建設手順・詳細

【原理：地球を回す「紐付きの石」】

子供の頃、紐の先に石を結びつけてグルグル回したことはありませんか？手を離さない限り、紐は遠心力でピンと張り詰め、石は外へ飛び出そうとします。
軌道エレベーターもこれと全く同じ原理です。

手: 地球（私たち）
紐: エレベーターのケーブル
石: カウンターウェイト（宇宙側の重り）

地球は猛スピードで自転しています。ケーブルの先端に重り（カウンターウェイト）をつけて、高度36,000km（静止軌道）よりもはるか遠く、高度約10万kmまで伸ばすと、宇宙空間へ放り出そうとする「遠心力」が、地球へ引き寄せようとする「重力」を上回ります。
この「外へ引っ張られる力」が常に働き続けるため、ケーブルは決して地上に落ちてこず、天空に向かってピンと張り続けるのです。

【建設プロセス：空から地上へ「垂らす」】

では、そのケーブルをどうやって設置するのでしょうか？地上からロケットで持ち上げるのは不可能です。現在の構想では、以下のような手順が現実的とされています。

静止軌道への輸送:
まず、建設用宇宙船（母船）にケーブルの材料を積み込み、赤道上空約36,000kmの「静止軌道」へ打ち上げます。ここは重力と遠心力が釣り合う場所で、地球に対して静止していられます。
上下への同時展開:
母船から、地上へ向けてケーブルを少しずつ垂らし始めます。しかし、それだけではバランスが崩れて地球に落ちてしまいます。そこで、反対側の宇宙空間へ向けても同時にケーブル（または重り）を伸ばします。
「地上への重力」と「宇宙への遠心力」のバランスを常に保ちながら、少しずつケーブルを長くしていきます。
着地と固定:
やがて地上へ向かったケーブルの先端が、赤道上の基地（アース・ポート）に到達します。これを地上にしっかりと固定します。
テンション（張力）の調整:
地上に固定した後、宇宙側のケーブルをさらに遠くへ伸ばすか、カウンターウェイト（重り）をさらに外側へ移動させます。すると、外へ引っ張る遠心力が強まり、ケーブル全体がググッと引き上げられ、完璧なテンションがかかって完成します。

【最大の課題：自重で切れない素材】

原理はシンプルですが、実現を阻んでいるのは「素材」です。
鋼鉄のケーブルでこれを行おうとすると、自身の重さに耐えきれず、数千キロの長さになる前にちぎれてしまいます。この壮大な張力に耐えるためには、鋼鉄の数100倍の強度を持ち、かつ非常に軽い素材が必要です。そこで期待されているのが、炭素原子の網である「カーボンナノチューブ」です。