理科3年 地学

太陽系と銀河系 日周運動 年周運動 季節変化  月と金星 

 太陽系と銀河系
 [要点-銀河系と太陽系]
 
(銀河系と太陽系)
太陽のように自ら光や熱を出す天体を恒星といい,
これが数億~数千億個集まって形成される集団を銀河という。
太陽系を含む銀河を特に銀河系という。

(太陽)

太陽は主に水素からなる高温の気体でできた恒星である。
太陽の表面温度は約6000℃であるが,
Aの黒点の温度は約4000℃でまわりよりも温度が低いため黒く見える

Aを毎日観測していると,その位置が図のイの方向に少しずつ移動するが,
これは太陽が自転しているためである。
また,円形のAが周辺部に来るとだ円形に見えることから
太陽が球形であることがわかる


図のBはプロミネンスで,Cの層はコロナである。

太陽を観察するときは,太陽投影板に太陽の像をうつして観察する。
太陽を直接望遠鏡で見ると失明するおそれがある。

(太陽系の天体)
太陽のまわりを公転している天体を惑星という。
太陽にもっとも近いのは水星で,次は金星である。
この2つは地球より内側にある内惑星で,満ち欠けし真夜中には見えない

地球のすぐ外側にある惑星は火星である。
水星,金星,地球,火星は地球形惑星で,
おもに岩石でできていて,大きさや質量は小さいが,平均密度は大きい

火星の外にある惑星は木星型惑星で,
大きさや質量は大きいが,平均密度は小さい

木星は太陽系最大の惑星である。木星の外にある土星はリングをもつ。

その外には天王星,海王星がある。
これらの惑星はほぼ同じ平面上を同じ方向に公転しており,
すべて黄道付近で観測される。
外側にある惑星ほど公転周期は長い

月のように惑星のまわりを回っている天体を衛星という。
おもに火星と木星の間にある多数の小さな天体を小惑星
だ円軌道をもち氷の粒やうすいガスなどからできている天体をすい星という。

また,惑星の外側にあり,太陽のまわりを公転する天体を太陽系外縁天体という。

 銀河系



①自ら光を出し,星座をつくっている星を恒星という。

②星座をつくる星は恒星で,
 地球からの距離が非常に大きいので,
 天体望遠鏡で見ても大きくは見えない。

 これに対し,近くにある金星は
 天体望遠鏡で見ると大きく見える。

③恒星がたくさん集まってつくっている集団を
 銀河という。
 銀河の中で太陽系をふくんだものを特に銀河系という。

④地球から見える恒星の明るさは,
 恒星そのものの明るさと地球からの距離によって決まる。
 恒星の明るさは等級で表される。

 肉眼で見えるもっとも暗い星を6等星とし,
 それより100倍明るい星を1等星と決めている。
 したがって,1等級小さくなると,
 明るさは約2.5倍になる。

 恒星までの距離を表すのに使われる単位は光年である。
 1光年は光が1年間に進む距離で,
 およそ9兆5000億kmである。

 太陽-黒点の移動
 


①太陽の表面の温度はおよそ6000℃である。
 太陽の表面に見られる黒い斑点の部分を黒点という。

 黒点の温度はおよそ4000℃で,
 まわりよりも温度が低いので黒く見える。

 数日間観察すると,
 黒点は東から西へ移動することが分かる。
 このことから太陽が自転していることが分かる。
 (太陽は南中時には真南に来る。南の右側が西の方位である。) 

 黒点は周辺部に移動するにつれて,たて長のだ円になる。
 このことから,太陽が球形であることが分かる。

②太陽は東→西の方向に自転しているため,
 黒点も東→西の方向に移動する。

 コロナ・プロミネンス
 


太陽の表面に見られる,
図のAのようなガスの動きをプロミネンス(紅炎)という。

太陽のまわりにあるうすいガスの層Bをコロナという。
その温度は100万℃以上である。

皆既日食のとき,
太陽が月でかくされて,
太陽のまわりに広がる真珠色に輝く
コロナを見ることができる。

 太陽の直径
 
地球の直径は約12800kmで,
太陽の直径は約140万kmであるから、
地球の約109倍である。

 太陽の観察
 
望遠鏡で直接太陽を見てはいけない。
失明するおそれがあるからである。

望遠鏡を使わないで太陽を直接見ることも
目を傷つけるおそれがある。

日食のときなど,
太陽の光量が少ない場合でも直接見てはいけない。

また,すすをぬったガラスや,
黒い下敷きなどをつかって太陽を観察する場合でも,
目を痛めるおそれがある。

太陽の黒点を天体望遠鏡で観察するときは,
天体望遠鏡の接眼レンズから
10~15cmほど離れた距離に投影板を設置し,
ピントを合わせて太陽の像を写し出し,
それを見て観察する。

 太陽系の天体-太陽系の惑星
 




太陽のように,自ら光を出している天体を恒星という。
恒星のまわりを回る星を惑星という。

太陽のまわりを回る惑星としては,
近い方から,水星,金星,地球,火星,木星,土星,
天王星,海王星がある。
(「水金地火木土天海」と覚えておく) 

従来,めい王星は9番目の惑星とされてきた。
ところが,2006年8月の国際天文連合の決議により,
めい王星は惑星ではなくなった。

 内惑星と外惑星
 


太陽系の惑星のうち,
地球より内側の軌道を公転している水星と金星を
内惑星という。

内惑星のもっとも重要な特徴は,
夕方か明け方にしか見ることができず,
真夜中には観測できないということである。

地球より外側の軌道を公転している
火星,木星,土星,天王星,海王星を外惑星という。

 地球型惑星と木星型惑星
 


太陽系の惑星は,
地球型惑星と木星型惑星の2つに分類される。

地球型惑星は,
太陽に近いほうから,水星・金星・地球・火星の4つで,
直径は小さいが,おもに岩石でできているため密度が大きい。

これに対し,
火星よりも外側にある木星・土星・天王星・海王星は
木星型惑星に分類される。

木星型惑星は,
直径が大きく質量も大きいが,
ガス(水素・ヘリウム)などでできているため密度は小さい。

 各惑星の特徴
 




太陽系の各惑星の特徴は次の通りである。
水星:太陽のもっとも近くを公転している。
   昼夜の温度差がもっとも大きい。

金星:二酸化炭素の厚い大気におおわれているため,
   平均気温は460℃にもなる。
   地球と反対向きに自転している。
   夕方に西の空(よいの明星),
   または,明け方に東の空(明けの明星)に見える。
   真夜中には見えない。

地球:水が液体の状態で存在している惑星。
   太陽系で唯一生物の存在する天体である。

火星:地球のすぐ外側を公転している。
   酸化鉄が原因で赤く見える。
   大昔に海(水)があったと推測されている。

木星:大きさがもっとも大きい惑星。
   木星には多くの衛星がある。
   (エウロパ,カリスト,ガニメデ,イオなど66個)

土星:氷の粒などでできた円盤状の環(リング)をもち,
   太陽系第2の巨大ガス惑星である。
   18個の衛星がある。
   平均密度は非常に小さい(水よりも小さい)。

天王星:自転軸が大きく横だおしになっている惑星。

海王星:もっとも外側を公転している。
    太陽系でもっとも速い風が吹く惑星で
    一番表面温度が低い。
    近年,木星と同じような暗い渦が発見された。

 惑星の公転周期など
 


太陽系の8つの惑星は,
ほぼ同一平面上を,同じ向きに公転している。

公転周期は,太陽から遠いほど長くなる。
(太陽に一番近い水星の公転周期は0.24年,
木星は11.86年,
太陽から一番遠い海王星は164.77年である)

 衛星・すい星・小惑星・太陽系外縁天体
 


太陽系には,惑星以外にも次のような天体がある。
・衛星:惑星のまわりを公転している天体(例:月)。
    木星型惑星で多く見られる。

・小惑星:おもに火星と木星の間にある多数の小さな天体(例:イトカワ)

・すい星:細長いだ円軌道で,太陽のまわりを公転し,
     太陽に近づくと長い尾を引くことがある天体(ハレーすい星など)。

・太陽系外縁天体:海王星より外側を公転するめい王星のような天体。

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 日周運動
  [要点-星の日周運動]
 
(東西南北の夜空の星の動き)



地球の自転のために太陽やその他の星は東から西へ日周運動を行う。
北の右が東なので,図Aの右下の東の位置から出た星は
反時計回りに回転して左下の西の位置へ移動する。

以上よりBが西の空星の動きはbであり,
Cが東の空星の動きはfであることがわかる。

Dは南の空で左が東,右が西なのでdの方向に移動する。

(北天の星の動き)



上図は北の空で,ア,イの星の並びは北斗七星でおおぐま座の一部である。

星は北極星Aを中心にして反時計回りに1日に1回転しており,
イ→アの方向に回転する。360度÷24時間=15度で1時間に15度回転する。

アとイの時間差は45度÷15度=3時間である。

 星の日周運動:北極星



星座を形づくる恒星は動かず,互いの位置にも変化はない。

夜空を見ると,
星座全体が時間とともに一定方向に動くように見えるが,
これは地球の自転のためにおこる見かけの運動である。

すなわち,地球が西→東の方向に1日で1回転するため,
太陽や恒星が東→西の方向に回転しているように見える。

このような見かけの動きを星の日周運動という。

北天の空では,北極星を中心に回転している。
北極星が動かないように見えるのは,
北極星がほぼ地軸の延長線上にあるためである。

太陽・星などの天体は東→西へ回転するが,
北の右が東の方位なので,
星は図の右下から出て反時計回りに回転して,
左下に沈む。

また,1日(=24時間)で,1回転(=360°)するので,
1時間では,360(°)÷24(時間)=15°回転する。

 星の日周運動:回転角

[問題]



上の図は,日本のある地点における
北の空の北斗七星の動きを示したものです。
次の各問いに答えなさい。

(1) 星Pは時間がたってもほとんど動きませんでした。
  この星Pの名前を書きなさい。
(2) 星Pを中心に,北斗七星はどの向きに動きますか。
  次から選びなさい。
  [ 時計まわり 反時計まわり ]
(3) 午後8時に,右の図のAの位置に北斗七星が見えました。
  4時間後には,どの位置に見えますか。
  A~Fの記号を書きなさい。
(4) 問い(2),(3)のように,星座の位置が時間とともに変わるのは,
  地球の何という運動のためですか。
(5) 星Pは,一日中ほとんど動かないように見える。
  その理由を書きなさい。

[解答]
(1) 北極星 
(2) 反時計まわり 
(3) F 
(4) 自転 
(5) 星Pはほぼ地軸の延長線上にあるため。

[解説]



(1) 回転の中心があるのは北の方位の空である。
  回転の中心にあるPの星は北極星である。

(2) 北の空では北極星を回転の中心にして
  星は反時計回りに回転する。

(3) 星は24時間で天球上を1周360°回転する。
  したがって,1時間に360°÷24(時間)=15°回転する。  
  4時間では,15°×4=60°回転する。

  午後8時にAの位置にあった北斗七星は,
  4時間後には60°反時計回りに回転するのでFの位置にくる。

(4) 太陽などの恒星は動かない。
  これらが動いて見えるのは地球が自転しているためである。
  地球が西→東の方向に1日で1回自転するため,
  太陽や星が東→西の方向に1日に1回転しているように見える。
  このような星の動きを星の日周運動という。

(5) 北極星Pは地軸の延長線上にあるので,
  回転の中心となり,
  その位置をほとんど変えないように見える。

 各方位での星の動き

[問題]
下の図は,日本のある地点で,
東,西,南,北の空の星の動きをスケッチしたものである。
A~Dは,それぞれどの方位のスケッチか。

また,それぞれの図中の星は,
時間がたつにつれてa,bのどちらの向きに動いたか。
方位と記号の両方を書け。



[解答]
A 西,b 
B 東,b 
C 北,a 
D 南,b

[解説]



まず,北の空を調べる。
回転の中心があるCが北の空である。

太陽や星などの天体は東→西へ回転するが,
北の右が東の方位なので,
星はCの右下から出て反時計回りに回転して,
左下に沈む。

次に,この北の空の図を参考にして
東と西の空の動きを調べる。

北の右は東なので,Cの右下が東の空で,
星は右上がりに動くのでBが東の空である(動く方向はb)。

同様にCの左下が西の空で,
星は右下がりに動くのでAが東の空である(動く方向はb)。

南の空はDで回転の中心は地平線の下にある。
南の右が西で,左が東なので,
星は東(左)→西(右)の方向(bの方向)に
時計回りに回転する。

 星の日周運動と天球

[問題]



上図は,星の1日の動きを示したものである。

(1) 図のように,空には星などの天体がはりついた球面があると
  考えることができる。この球面を何というか。
(2) 星A~Eのうち, 1日中見ることができない星はどれか。
(3) 空を観測したとき,星BとCでは,
どちらの方が観測できる時間が長いか。

[解答]
(1) 天球 
(2) 星E 
(3) 星B

[解説]




(1) 大空を,観測者を中心とした非常に大きな球として
  とらえたものを天球という。
  観測者には,このまるい天井に
  星がはりついているように見える。

(2) Eの星は地平線の上に来ることはないので,
  1日中見えない。

(3) 図よりCの星は1日の半分は地平線の上方にある。
  これに対し,Bの星は1日の大部分の時間,
  地平線の上方にある。
  また,図よりBとCは南中する時刻はほぼ同じである。
  よってBのほうが観測できる時間が長い。

[問題]
日本のある地点で北極星の高度を調べると35°であった。
この地点の緯度は何度か。
「北緯○度」というように書くこと。

[解答]北緯35度
[解説]



北半球では北極星の高度は,
その地点の緯度(北緯)と等しくなる。

右図を使って説明する。
地球上のA点に人が立っている場合,
BFが水平線の方向であるので,
北極星の高度は∠EAFになる。

OG//AC,AC⊥AEとなるように点CとEをとる。
平行線の同位角は等しいので,
∠GOA=∠CAD・・・①
∠CAD+∠DAE=90°,
∠FAE+∠DAE=90°なので,
∠CAD=∠FAE・・・②

①,②より,∠GOA(北緯)=∠FAE(高度) となる。

 [要点-太陽の日周運動]
 
(方位)


北極へ右ねじを進めるよう回したときの回転方向イが自転の方向で,
ある地点から北極をみた方位が北である。

A地点は正午で,北は図の左方向なので太陽は南の方位にある。

B地点は昼→夜に移るので日没時で図の下が北なので
太陽は西の空に見え,Pはに見える。

Cは真夜中でPはに来る。

Dは明け方で,Pは西,太陽はに見える。

(太陽の日周運動)


透明半球は天球を表す。点Oは観測者の位置で,
太陽の動きを記録するときはペン先の影が点Oに来るようにする。

北半球では太陽は南から差し込むのでA,CのうちAが南の方位で,
Cは北,Bは東,Dは西を表す

従ってEが日の出,Fが日の入りの位置である。

正午ごろに太陽はGの位置に南中し,高度が最も大きくなる。
∠AOGを南中高度という。

下図アは北半球,イは北極付近,ウは赤道付近の秋分の日の太陽の動き

 

 太陽の日周運動①

[問題]
下の図は,日本のある地点での太陽の動きを
1時間ごとに透明半球に記録したものである。


(1) 太陽の位置を記録するとき,
  サインペンの影の先はA~Eのどこにあわせるか。
(2) 南の方位を示しているのはA~Dのどれか。
(3) 1時間ごと記録した点と点の距離は互いに等しいか,
  異なるか。
(4) 最も太陽の高度が高くなるとき,
  地面と太陽のなす角∠FEAを何というか。
  漢字4字で答えよ。
(5) 透明半球は何のモデルか。
  漢字2字で答えよ。
(6) 点E,点Iはそれぞれ何の位置を表すか。

[解答]
(1) E 
(2) A 
(3) 等しい 
(4) 南中高度 
(5) 天球 
(6)E 観測者の位置 I 日の出の位置

[解説]



大空を,観測者を中心とした非常に大きな球として
とらえたものを天球という。

観測者には,
このまるい天球に太陽や星がはりついているように見える。

透明半球は天球のモデルである。
透明半球の中心Eは観測者の位置を表している。
観測者の真上の天球上の点を天頂という。

E点の観測者から太陽を見ると
太陽は天球上の点Fの位置にあるように見える。

太陽の位置Fを記録するとき,
ペン先の影がE点に来るようにする。

太陽の日周運動で,
太陽の動く角度は一定であるので,
透明半球上に1時間ごとに記録された点の間隔は等しくなる。

太陽の高度は,
正午ごろに図のFの位置に来たときもっとも大きくなるが,
これを南中という。
このときの太陽の高度∠AEFを南中高度という。

問題の4つの方位(A~D)を求めるためには,
太陽の南中の位置に注目する。

北半球では,正午ごろ太陽は南の方位にあるので,
Fの方向にあるAが南である。
南の反対のCが北である。
北の右にあるBが東で,
その反対のDが西である。

太陽は東の方から出て西の方へ沈む。
Bは東なので,
Iは日の出の位置になる。
また,Jは日没の位置になる。

 太陽の日周運動②
 
[問題]



上の図は透明半球上に太陽の動きを記録したもので,
ア~クは午前9時から1時間ごとの太陽の位置を示している。
ア~イ間の長さは2.4cmであった。

(1) Oから見て,Dは東西南北のどの方位か。
(2) カ~キ間の長さは何cmか。
(3) P~ア間の長さは8.4cmであった。
  この日の日の出の時刻は何時何分と考えられるか。
(4) 太陽がエにきたときを何というか。
(5) (4)のときの太陽の高度を何というか。

[解答]
(1) 西 
(2) 2.4cm 
(3) 午前5時30分 
(4) 南中 
(5) 南中高度

[解説]
(2) 太陽の日周運動で,太陽の動く角度は一定であるので,
  透明半球上に1時間ごとに記録された点の間隔は等しくなる。
  ア~イの長さが2.4cmなので,カ~キの長さも2.4cmになる。

(3) 1時間で2.4cm移動するので,
  8.4cm移動するには,8.4÷2.4=3.5(時間)かかる。
  アの位置にあるとき午前9時なので,
  Pの位置にあるのはその3.5時間前の5時30分になる。

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 年周運動
 地球上の方位の決め方

[問題]



上の図は,地球を北極の真上から見たものである。
次の各問いに答えよ。

(1) 地球の北極と南極を結ぶ軸を何というか。
(2) 地球は(1)の軸を中心に1日に1回転している。
  この運動を何というか。
(3) (2)の向きは,図中のa,bのどちらか。
(4) 図の状態のとき,
  日の出(6時)をむかえている地点はA~Dのどこか。
(5) 図の状態のとき,
  正午(12時)をむかえている地点はA~Dのどこか。

[解答]
(1) 地軸 
(2) 自転 
(3) a 
(4) D 
(5) C

[解説]



(1) 地球の北極と南極を結ぶ軸を地軸という。

(2) 地球は地軸を中心にして1日に1回転しているが,
  この運動を自転という。

(3) 地球の自転の方向を求めるときは,
 「ネジを北極の方向に進めるように回転したときの
  ネジの回転方向が自転の方向である」
 という便宜的な方法を使うことができる。
 これで求めるとaが自転の方向と分かる。

(4) 地球がaの方向に自転するので,
  Dでは夜(暗)→昼(明)に移る。
  したがってDは日の出の位置である。

(5) Dの6時間後のCが正午の位置である。

 [要点-四季の星座]
 
(季節ごとの星座の見える方位)



地球の公転の方向は,A→B→C→Dである
(北極へ右ねじを進めるときの回転方向)。

北半球では,北極が太陽の方に傾くAが夏であり,
秋はB,冬はC,春はD
である。

地球がA(夏の位置)にあるとき,日没はa地点で,
上方向が北なのでさそり座は東の方位に見える。

真夜中はb地点で,左方向が北なのでさそり座は南の方位に見え,
しし座は西の方位に見える。

真夜中に南中する星が季節の星座である。
さそり座は夏オリオン座は冬の星座である。

(黄道)



地球がRにあるとき北極が太陽の方向を向いているので季節は夏で,
太陽はふたご座の方向に見える。

R→Sと公転するのでSの季節は秋で,
このとき太陽はおとめ座の方向に見える。

このことより,夏から秋にかけて太陽は,
ふたご座→かに座→しし座→おとめ座と動いていくように見える。

このような天球上の太陽の通り道を黄道という。

(北天の星の年周運動)



地球の公転のため,星は1日に4分ずつ同じ位置に見える時間が早くなる
上図で,10月1日に9の位置に見えるのは,
4分×30日=120分=2時間なので午後7時になる。

8月1日に9の位置にあるのは,2時間遅いので午後11時である。
8月1日に7の位置にあるのは,
日周運動で7から9まで 60度÷15度=4時間かかるので,午後7時である。

(南天の星の年周運動)



図の星座Pはオリオン座で冬の星座である。
星座はA→B→Cと移動する。

1日に4分,1か月に2時間ずつ同じ位置にくる時間が早くなるので,
1か月後にCの位置にくるのは午後4時になる。

日周運動で1時間に15度東→西へ移動するので,
1か月後にEの位置にくるのは午後8時になる。

 四季の星座

[問題]



図は四季の太陽と地球の位置,
および黄道付近にある4つの星座を示したものである。

(1) 日本の夏至の日の地球の位置はどれか。
  A~Dから選べ。
(2) (1)の位置に地球があるとき,
  一晩中見える星座は図の4つの星座のうちのどれか。
(3) ①みずがめ座が真夜中に南の空に見えるのは,
  地球がA~Dのどの位置に来たときか。
  また,②その季節は春分,夏至,秋分,冬至のどれか。

[解答]
(1) A 
(2) さそり座 
(3)① B ② 秋分

[解説]



 

まず,地軸の傾き方からA~Dの季節を判断する。

「北極が太陽の方向に傾いているとき北半球の季節は夏である。」
と覚えておく。
(北極が太陽の方向に傾いているとき,北極は24時間,日があたる。
また,北半球では太陽の高度が高いため気温が高くなる) 

したがって,Aが夏(夏至)であるとわかる。
地球の公転方向より,
A(夏)→B(秋)→C(冬)→D(春)と判断できる。

地球がAの夏の位置にあるとき,
地球から見て太陽と反対の方向にさそり座がある。

上図のP地点は,明→暗にうつる地点なので日没時である。

P地点では下の方向が北なので,
さそり座のある左方向は東の方位である。

真夜中の位置Qでは,
右の方向が北なので,さそり座は南の方向に見える。
すなわち,さそり座は真夜中に南中する。

次に,Rの位置は暗→明にうつる地点なので明け方の位置である。
Rでは上の方向が北なので,さそり座のある左方向は西である。

以上より,
夏に地球から見て太陽と反対の方向にあるさそり座は,
日没時に東の空に現れて真夜中に南中し,
明け方に西に沈む。

すなわち,さそり座は夏には一晩中見ることができる。
地球から見て太陽と反対の方向にあって,
真夜中に南中し一晩中見える星を,
その季節の星座という。

さそり座は夏の星座である。
問題の図では,
秋(B)の星座はみずがめ座,
冬(C)の星座はおうし座,
春(D)の星座はしし座である。

 黄道

[問題]



上の図は,太陽のまわりを回る地球と
天球上の主な星座を表したものである。
次の各問いに答えよ。

(1) 天球上の太陽の通り道を何というか。
  漢字2字で答えよ。
(2) 地球はどのように公転しているか。
  A→B,A←Bのいずれかで答えよ。
(3) 冬至の日,太陽は何座の方向にあるように見えるか。
(4) 地球が冬至の位置から春分の位置へ公転するとき,
  太陽は何座から何座の方向に移動するように見えるか。
(5) (4)を地球上で見ると,
  どの方角からどの方角へ移動するように見えるか。

[解答]
(1) 黄道 
(2) A→B 
(3) いて座 
(4) いて座からうお座 
(5) 西から東

[解説]



(1) 天球上の太陽の通り道を黄道という。

(2) 地球の公転の方向を求めるときは,
 「ネジを北極の方向に進めるように回転したときの
  ネジの回転方向が公転の方向である」
 という便宜的な方法を使うことができる。

 これで求めるとA→B→C→Dが公転の方向と分かる。

(3) 北極が太陽の方向に傾いているとき北半球は夏である。
  よって,地球がCにあるときが夏で,
  地球の公転により,
  C(夏)→D(秋)→A(冬)→B(春)と移っていく。

  地球が冬至でAの位置にあるとき,
  図より,太陽はいて座の方向にあるように見える。

(4) 地球が春分でBの位置にあるとき,
  太陽はうお座の方向にあるように見える。
  したがって,地球が冬至の位置から春分の位置へ公転するとき,
  太陽はいて座からうお座に移動していくように見える。

(5) 北半球では太陽は南の方向に見える。
  南の右は西なので,
  図のように太陽は星座の間を西から東へ
  動いていくように見える。

 黄道と季節の星座

[問題]
下の図は,地球が太陽のまわりを回る様子と
各季節に見られる星座を模式的にえがいたものである。



(1) 地球から見ると,太陽は各星座の中を12ヶ月かけて
  1周していくように見える。
  このように季節ごとに見える星座や太陽の位置が
  1年をかけて移動するように見える運動を何というか。
  漢字4文字で答えよ。
(2) 天球上を太陽が通っていくように見える道筋を何というか。
  漢字2文字で答えよ。
(3) 北半球にいる我々が,冬の真夜中ごろ
  南の空に見ることができる星座を次の中から1つ選べ。
  [ いて座 おとめ座 ふたご座 うお座 ]

[解答]
(1) 年周運動 
(2) 黄道 
(3) ふたご座

[解説]
(1) 星座や太陽の位置が1年をかけて移動するように
  見える運動を年周運動という。
(2) 天球上を太陽が通っていくように見える道筋を黄道という。
(3) ある季節に,太陽-地球-星座 と太陽と反対の位置にある星座を
  その季節の星座といい,真夜中に南中して南の空に見える。
  したがって,図より,
  冬の星座は,オリオン座,おうし座,ふたご座などで,
  冬の真夜中ごろ南の空に見ることができる。

 南天の空の年周運動

[問題]



上の図は,太陽のまわりを公転する地球のようすを
模式的に表している。
午前0時に真南の空にオリオン座が見えているときの地球の位置は,
図のアである。
それから1ヶ月後の地球の位置がイであるとして,
各問いに答えよ。

(1) イの位置で午前0時にオリオン座を見ると真南から何度,
  どちらの方向にずれて見えるか。
(2) イの位置でオリオン座が真南に見える時刻は,何時頃か。

[解答]
(1) 30度,西 
(2) 午後10時

[解説]



(1) 地球がアにあるとき,図1のPは真夜中(午前0時)の位置で,
  図のようにオリオン座は南の方向に見える。

  地球は12ヶ月で太陽のまわりを1回公転するので,
  1ヶ月では30°公転し(360°÷12(ヶ月)=30°),
  イの位置に移動する。

  地球がイにあるときの真夜中(午前0時)は図1のQの位置で,
  このときオリオン座は真南から30°西へずれて見える。

(2) 地球がイの位置にあるとき,
  オリオン座が真南に見えるのは図2のRにあるときである。
  RとQの間の角度は右図のように30°である。

  地球は1時間に15°(360°÷24(時間)=15°),
  R→Qの方向に自転しているので,
  RはQの2時間前の位置になる。

  したがって,
  Rは午前0時の2時間前の午後10時の位置である。

 北天の星の年周運動
 
[問題]



上図は,千葉県内のある場所で観察した
5月1日20時の北天の星の位置である。

(1) 図の星Bはいつも同じ位置に見える。
  この理由を次の中から選びなさい。
   ア Bの星は天頂付近にあるから。
   イ Bの星は赤道の真上にあるから。
   ウ Bの星は地軸の延長線上にあるから。

(2) 図の星Aがウの位置に見えるのは,同じ晩の何時ですか。
(3) 図の星Aが20時にオの位置に見えるのは,何ヶ月後ですか。
(4) 図の星Aが11月1日にキの位置に見えるのは,何時ですか。

[解答]
(1) ウ 
(2) 午前2時 
(3) 5ヶ月後 
(4) 22時

[解説]


(1) 星Bは北極星で地軸の延長線上にあり,
  地球の自転の回転軸の上にあるため,
  位置を変えないように見える。

(2) 図2の北極星Bの方向は北。
  北の右が東,左が西で,
  星は東から西へ日周運動を行うので,
  図のように反時計回りに回転する。

  星は1時間に15° (360°÷24(時))回転するので,
  Aからウへは90°÷15°=6(時間)かかる。

  よってウに来るのは5月1日20時の6時間後の
  5月2日2時(午前2時)になる。

(3) 星の年周運動で同じ時刻に見える星の位置は,
  1ヶ月に30°(360°÷12(月))東→西にずれる
  (日周運動の方向と同じ)。

  Aからオまで150°回転しているので,
  この星が20時にオの位置に見えるのは
  150°÷30°=5(ヶ月)後になる。

(4) この星が6ヶ月後の11月1日の20時に見える位置は,
  0°×6(月)=180°回転したカである。
  カからキまで30°なので,30°÷15°=2(時間)かかる。

  したがって,この星がキの位置に来るのは22時になる。

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 季節変化
 [要点-季節の変化]
 
太陽の高度が大きい→面積あたりの光の量が多い→気温が高くなる

季節変化の原因:
地球は地軸を23.4°傾けて太陽のまわりを公転南中高度が変化



上図1の北緯35°の地点において,
Aは夏至で,太陽の南中高度(a)が大(90°-35°+23.4°=78.4°),昼が長い

Bは冬至で,太陽の南中高度(b)が小(90°-35°-23.4°=31.6°),昼が短い

春分,秋分のときの太陽の南中高度:90°-35°=55°,昼夜の長さは等しい



上図2で,北極が太陽の方向を向いているPの季節は夏
地球の公転方向はX(自転方向と同じ)なので,P(夏)→Q(秋)→R(冬)→S(春)



上図3で,南中高度が最も大きいアが夏,ウが冬,イは春と秋
春と秋の日の出は真東,日の入りは真西
夏は北寄り,冬は南寄り

 太陽の高度と気温



上図のAのように太陽のあたる角度が小さい場合は,
一定面積にあたる光の量が少ないため,
水温の上がりかたは小さい。

これに対し,Bのように太陽のあたる角度が大きい場合,
一定面積にあたる光の量が多いため,
水温の上がりかたが大きい。

太陽の高度がもっとも高くなるのは夏至(6月下旬)である。
夏の気温が高くなるのは,
太陽の高度が高くなることと,
昼の時間が長いことのためである。

逆に,冬は太陽の高度が低く,
昼の時間が短いために気温が低くなる。

 季節ごとの南中高度と昼夜の長さ

[問題]



図1のように太陽電池と電子オルゴールによって,
光のあたる角度と電子オルゴールの音の大きさとの関係を調べた。
これについて,次の各問いに答えよ。

(1) Aの方向から光をあてた場合,
  太陽電池を日本の位置にとりつけたときと,
  赤道にとりつけたときでは,
  どちらが電子オルゴールの音が大きいか。
(2) 日本の位置に太陽電池をとりつけた場合,
  A,Bいずれの方向から光をあてたら,
  電子オルゴールの音は大きいか。
  ただし,太陽電池は光の方向に向けるものとする。
(3) Bの方向から光をあてるのは,
  日本の四季のどの季節を表すことになるか。
(4) 図2をもとに,Aの方向から光をあてたときの,
  光と太陽電池の角度アを求めよ。

[解答]
(1) 赤道 
(2) B 
(3) 夏 
(4) 31.6°

[解説]



(1) Aの方向から光をあてた場合,
  上の図より,日本の位置(P)の南中高度より
  赤道の位置(Q)の南中高度が大きい。

  南中高度が大きいほど,
  単位面積あたりにさしこむ光の量が大きく,
  発生する電流も大きくなるので,
  赤道(Q)のほうがオルゴールの音が大きい。

(2) 上の図より,Aの方向から光を当てたときの
  日本の位置(P)における南中高度より,
  Bの方向から光を当てたときの日本の位置(R)の
  南中高度のほうが大きい。

  したがって,Bの方から光を当てたときの方が
  オルゴールの音は大きい。

(3) Bの方向から光を当てたときの日本の位置(R)における
  南中高度は最も大きくなるので,
  夏の季節を表している。
  (北極が太陽の方に傾いているとき,季節は夏である。)

(4) 北緯35°の地点の場合,
  秋分と春分のときの南中高度は90°-35°=55°,

  夏至のとき(B方向から光をあてたとき)の南中高度は
  90°-35°+23.4°=78.4°,

  冬至のとき(A方向から光をあてたとき)の南中高度は
  90°-35°-23.4°=31.6°となる。

 *上図のようにして図形的に角度を求めることもできる。



 地球の位置と季節

[問題]



上の図は,地球の自転と公転のようすを表したものである。

(1) 地球の自転の向きはa,bのどちらか。
(2) 地球の公転の向きはA,Bのどちらか。
(3) 日本で,昼の長さがもっとも短いのは,
  地球がP~Sのどの位置にあるときか。
(4) 北極で1日中,太陽が沈まない日がある。
  それは地球がP~Sのどの位置にあるときか。
(5) 地球がQの位置にあるときに
  日本ではどのようなことがいえるか。
  次から正しい文章をすべて選んで記号で答えよ。
   ア 太陽の南中高度がP~Sの中で1番高い。
   イ 昼と夜の長さがほぼ同じである。
   ウ 1年でもっとも昼の長さが短い。
   エ 季節は秋である。

[解答]
(1) a 
(2) B 
(3) R 
(4) P 
(5) イ,エ

[解説]



(1) 地球の自転の方向を求めるときは,
  「ネジを北極の方向に進めるように回転したときの
   ネジの回転方向が自転の方向である」
  という便宜的な方法を使うことができる。

  これで求めるとaが自転の方向と分かる。

(2) 地球の公転の向きは自転の向きと同じで,
  Bの方向である。

(3) P~Sで北極が太陽のほうに傾いているPが夏である。
  P→Q→R→Sと公転するので,
  P(夏)→Q(秋)→R(冬)→S(春)と季節が移り変わる。

  日本で,昼の長さがもっとも短いのは冬至の日で,
  地球の位置はRである。

(4) 北極が太陽のほうに傾いているPのとき,
  北極付近では1日中太陽が当たり,
  太陽が沈まない。

(5) 地球がQの位置に来るのは秋である。
  したがって,エは正しい。

  ア「太陽の南中高度が一番高い」は夏至で,
   地球がPの位置に来たときである。
  イは正しく,
  ウは誤り。
   秋分と春分のとき昼と夜の長さはそれぞれ12時間で,
   長さが等しい。

 季節ごとの透明半球上の太陽の動き

[問題]



上の図は,今治における夏至,秋分,冬至の日の
太陽の動きを示したものである。
次の各問いに答えよ。

(1) 図の中で東の方位はA~Dのどれか。
(2)夏至の太陽の通り道はア~ウのどれか。
(3) 秋分の太陽の通り道はア~ウのどれか。
(4) 冬至の太陽の通り道はア~ウのどれか。
(5) 南中高度が最も高いのはア~ウのどれか。
(6) 図のア~ウの位置に太陽があるとき,
  地面に垂直に棒を立ててその影の長さを測った。
  影の長さがもっとも長くなるのはア~ウのどのときか。

[解答]
(1) C 
(2) ア 
(3) イ 
(4) ウ 
(5) ア 
(6) ウ

[解説]




(1) 方位を決めるときは,まず南の方角を見つける。
  北半球では太陽が南中して高度が最も高くなったとき,
  太陽は真南の方向にある。

  したがって,問題の図ではDの方向が南である。
  Dの反対のBが北で,
  北の右Cが東,
  その反対のAが西である。

(2)(3)(4)(5) 秋分と春分には太陽は真東Cから出て真西Aに沈む。
  したがってイは秋分と春分である。
  よって,アとウのどちらかが夏至で他方が冬至であるが,
  それは南中高度で判断する。

  夏至の日には南中高度が最も大きくなるのでアが夏至である。
  冬至には南中高度が最も小さくなるのでウが冬至である。

(6) 地面に垂直に棒を立てたときの影の長さが最も長くなるのは,
  太陽の南中高度が小さい冬至ウのときである。

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 月と金星
 [要点-月と惑星の見え方]
 
(月)

 

月の公転の向きは地球の自転の向きと同じで,
満月から次の満月までは約1か月かかる。

月がGの位置にあるときは新月のようになる。
月がCの位置にあるときは満月のようになる。

月の位置はG→H→A→B・・・と変化し,それぞれの見え方は,
G(ア)→H(イ)→A(ウ)→B(エ)→C(オ)→D(カ)→E(キ)→F(ク) となる。

(日食・月食)

 

日食は月が太陽をかくす現象で,
太陽-月-地球がこの順で一直線上になった場合で,
月が図のCの位置に来たときに起こる。

日食には,太陽が完全にかくされる皆既食と,
部分的にかくされる部分食がある。

月食は,月が図のGの位置に来たときに起きる。

(金星)
 
 

金星がAにあるとき,Pの位置で夕方,西の空に見え,
真夜中や明け方は地球の反対側に来るので見えない
Pから見るとfのように右半分が明るく見える。

金星がCDEの位置にあるときは明け方,東の空に見える。
Eにあるとき遠いためcのように,Cにあるときはaのように見える。

BとFの位置にあるときは太陽の方向にあるため見えない。

 月の見え方-月の位置→形・時刻・方位

[問題]



次の各問いに答えよ。
(1) 月はA~Hのように位置を変え,
  地球の周りを公転している。
  このような天体を何というか。

(2) 図1は,地球と月の位置関係を模式的に表したものである。
  図2は地球から見た月の形を表したものである。
  図1のA,C,Eの月を地球から見ると,
  それぞれどのような形に見えるか。
  図2のア~クから1つずつ選び,記号で答えよ。



[解答](1) 衛星 
   (2)A カ C ク E イ

[解説]



(2) 太陽光線による光のかげは上図のようになる。
  月がAの位置にあるとき,
  地球上のaの位置から月Aを見ると,
  左半分が明るく のように見える。

  月がCの位置にあるとき,
  地球上のcの位置から月Cを見ると,
  暗い部分しか見えない。

  月がEの位置にあるとき,
  地球上のeの位置から月Eを見ると,
  右半分が明るく のように見える。

 時刻・方位・位置(形)

[問題]



上図は,地球を回る月と,太陽の光の方向を示したものである。
次の各問いに答えよ。

(1) 月のように,惑星のまわりを回る天体を何というか。
(2) 月の位置がFのとき,地球から見た月の形を次から選び,
 記号で答えよ。



(3) (2)のアのように見えるのは,
  月が図のA~Hのどこにあるときか。
  記号で答えよ。
(4) 図のAの月は,いつごろ,どの方向の空に見えるか。
  次から選び,記号で答えよ。
   ア 夕方,東の空   イ 夕方,西の空
   ウ 明け方,北の空  エ 明け方,南の空

[解答](1) 衛星 
   (2) イ 
   (3) G 
   (4) エ

[解説]



(2) 月がFの位置にあるとき,
  地球から月Fを見ると,
  上図のように左側の一部がかげになるため,
  イのように見える。

(3) 月がGの位置にあるとき,
  地球から月Gを見ると,
  すべて明るい面が見える(満月)。

(4) 地球は右図のように自転している。
  上図のP地点は暗→明に変化するので明け方(朝)である。
  Q地点は明→暗に変化するので夕方である。

  月がAの位置にあるとき,
  Qからは地球の反対側なので見えない。
  P地点にある明け方に見える。

  P地点にあるときの北の方位は,
  北極の方向である下方向になるので,
  月Aは南の方向に見える。

 月の公転→月の見え方の変化

[問題]
毎日,同じ時刻に月を観測すると,
月の位置は少しずつどの方向からどの方向に移動するか。

[解答]西から東へ移動する。
[解説]





毎日,同じ時刻に月を観測すると,
月の位置は西から東へ移動する(恒星とは逆)。
このことを上図を使って説明する。

地球の北極方向から見たとき,
月の公転の向きは,
図のように反時計回りである(地球の自転の方向と同じ)。

月の公転周期は27.3日だが,
地球の公転の影響で満月から次の満月までは29.5日である。
したがって,AからEまでは約15日かかる。

毎日,真夜中に観察するものとする。
P地点では北極の方向(図の右方向)が北なので,
月Aは西の方位に見える。

その3~4日後,
月は公転によりBの位置に移動する。
このとき月Bは南西の方向に見える。

このように,月がA→B→C→D→Eと公転していくとき,
真夜中P地点で見える月の方位は,
西(A)→南西(B)→南(C)→南東(D)→東(E)と変化していく。

 日食・月食-太陽と月の見かけの大きさ





太陽の直径は月の約400倍である。
また,地球から太陽までの距離は,
地球から月までの距離の約400倍である。

したがって,
(月の大きさ):(太陽の大きさ)
=1:400=(月までの距離):(太陽までの距離)となり,

上図のように,地球から見た太陽と月の見かけの大きさは,
ほぼ同じになる。

 日食

 

日食が起こるのは,
太陽-月-地球がこの順にほぼ一直線に並ぶときである。
したがって,日食のときの月の位置は問題の図のCにある。

このとき,月は太陽の光の当たらない部分を
地球に向けているので、新月である。

地球から見たときの太陽
と月の見かけの大きさがほぼ同じであるので,
太陽は月にちょうどおおわれて下図のような状態になる。

このような皆既日食が見られるのは地球上の一部の範囲で,
その外側の地域では太陽が部分的にかけて見える部分日食が起こる。

皆既日食のときには,コロナという太陽を広くとりまく
100万℃にも達するガス(気体)の層が観察される。



 皆既日食と部分日食
 


日食が起こるのは,
太陽-月-地球がこの順にほぼ一直線に並ぶときである。

上の図1で,地球のBの部分では,
太陽が月によって全部かくされる皆既日食がおこる。
Aの部分では部分日食が起こる。

地球の周りを回る月の軌道はだ円形なので,
地球と月の距離は一定ではない。

地球と月が図2のような位置にあるとき,
月の見かけの大きさが小さくなり,
C地点では,太陽のまわりがかくれずに
リング状に残る金環日食がおこる。

 金星の見え方-金星①
 


太陽系の惑星を太陽に近い順に並べると,
水星・金星・地球・火星・木星・土星・天王星・海王星となる。

このうち,水星と金星は
地球より内側の軌道を公転するので,内惑星という。
内惑星のもっとも重要な特徴は,
夕方か明け方にしか見ることができず,
真夜中には観測できないということである。

以下,その理由を説明する。
上の図で,地球と金星の公転方向はともに反時計回りであるが,
公転の半径が小さい金星の方が公転周期が短い。

そのため,地球の位置を上図のように固定すると,
金星はA→B→C→D→E→Fと位置を変えていく。

地球と太陽を結ぶ線より左側に金星があるとき(図のB,C,D),
地球上のP点から金星を見ることができる。
Q点からは地球の反対側になるため観測できない。

地球の自転方向から,
P点は昼→夜(明→暗)に移る点なので,時刻は夕方である。
また,P点では北極の方向(右方向)が北なので,
B,C,Dのある上方向は西の方位である。

したがって,金星がB,C,Dの位置にあるときは,
夕方西の空に見える(よいの明星)。

地球と太陽を結ぶ線より右側に金星があるとき(図のE,F),
地球上のQ点から金星を見ることができる。
Q点は夜→昼(暗→明)に移る点なので,時刻は明け方である。
見える方向は東の方位である。

したがって,金星がE,Fの位置にあるときは,
明け方に東の空に見える(明けの明星)。
真夜中には,金星は地球の反対側にあるので観測できない。

なお,金星がAのように太陽の方向にあるときは,
太陽の光にさえぎられるため,
夕方や明け方でも見ることはできない。

 金星②
 
[問題]



上の図は,太陽,金星,地球,火星の位置関係を表したものである。
各問いに答えよ。

(1) 太陽のまわりを公転している金星,地球,火星などを何というか。
(2) 図で,火星は真夜中にどの方向に見えるか。
(3) (2)で火星はどのような形に見えるか。
(4) 金星が夕方見えるのはA~Eのどの位置にきたときか。
(5) (4)のとき,どちらの方向に見えるか。
(6) 金星が真夜中に見えない理由を説明せよ。

[解答](1) 惑星 
   (2) 南 
   (3) 丸い形  
   (4) A 
   (5) 西 
   (6) 金星は内惑星であるため
     真夜中には地球の反対側に来るから。

[解説]



(1) 恒星である太陽のまわりを公転している
  金星,地球,火星などを惑星という。

(2) 地球が真夜中の位置P(右図)にあるとき,
  北極の方が北の方位なので,
  図の上が北で,火星のある下の方向は南になる。

(3) 金星などの内惑星は満ち欠けするが,
  火星などその公転軌道が
  地球の公転軌道より外側にある外惑星の場合,
  満ち欠けはしない。
  したがって,丸い形に見える。

(4)(5) 金星が,地球と太陽を結ぶ線より左にある(問題の図のA)とき,
  金星は夕方西の空に見える。

(6) 金星は地球よりも太陽に近い内惑星であるため,
  右上図に示すように,夕方と明け方にしか見えない。
  真夜中は地球の反対側に来るので見ることはできない。


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