理科３年　地学

 日周運動
  [要点－星の日周運動]
①日周運動：
地球の自転に伴って、地球から見て周りの天体が１日に１回転するように見える現象です。

②太陽の日周運動:
太陽は東から昇り、南の空を通って西の地平線に沈んでいきます。
この太陽の動きは、地球が自転することで起こる見かけの運動、日周運動です。
地球が西から東に1時間で15°自転しているため、
動いていない太陽が東から西に1時間で15°動いているように見えます。
このように、日周運動は、地球の自転によって天体が
１日１回地球の周りを回っているように見える現象です。

③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。

　
 星の日周運動：北極星
①北極星：
天の北極に最も近い輝星を指します。
地球上から見ると、ほとんど動かないように見えるため、
天測航行において正確な測定を行うための固定点として利用されます。
現在、北極星として認識されているのは、こぐま座のα星であるポラリスです

　

(1)北天の空では、北極星を中心に回転しています。
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す。

(2)太陽・星などの天体は東→西へ回転しますが、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、左下に沈みます。

(3)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°回転します。
 星の日周運動：回転角
①日周運動：
夜空の星々が地球の自転によって動く現象です。
地球は1日に1回東周りに自転しています。
この動きを地球上から見ると、天球が1日に1回西周りに回転しているように見えます。
星々はこの日周運動に従って、1日に約1度ずつ西に向かって動いていきます。
具体的には、1時間に約15度動くため、2時間で約30度動きます。
そのため、1か月後に星が同じ位置に見えるのは、2時間早まります。

②北極星：
日周運動の中心にあり、地球の地軸を北に延長したところに位置しています。
北極星の高度は観測地の緯度と等しくなります。
例えば、東京では北極星の高度は地平線から約36度になります。
北極では天頂に見え、赤道では地平線上に見えることになります。
南半球からは地平線下になってしまい、北極星は見えません。

③例題：
[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。
 星の日周運動と天球
①天球：
地球の観測者を中心にした仮想的な球面です。

②地球の自転と公転:
地球は2つの動きをしています。
(1)自転: 地軸を中心に西から東へ1日に360度（1時間で15度）回転しています。
北極星側から見て反時計回りに回っているのです。
(2)公転: 地球は太陽を中心に西から東へ1年に360度（1か月で30度）回転しています。
北極星側から見て反時計回りに回っているのです。

(3)地球の自転面と公転面は異なり、地軸は公転面に対して66.6度、
公転面の垂直方向に対して23.4度傾いています。

③天球の考え方:
天球は観測者の頭上にある仮想的な球です。
これを地球に適用すると、地球が中心に静止していると考え、
太陽や星座が反対向きに回転しているように見えるのです。
この考え方を使って、宇宙の中心に地球があり、その周りに天球があり、
その上に太陽や星座があると考えます。
すべての天体（地球以外）は地軸を中心に反時計回りに回転しているように見えます。

④天球の用語:
天頂: 観測者の真上の点。
天の子午線: 天頂・天の北極・天の南極を通る円のこと。
天球上の天体の動き: 北極側から見て、地軸を中心に時計回りに回転しているように見えます。

⑤例題１：
[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張り付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。

⑥例題２：
[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｢北緯○度｣か。

[解答]北緯35度

[解説]

　

(1)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。

(2)上の図で、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。

(3)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

(4)①、②より、∠GOA(北緯)＝∠FAE(高度) となる。
 [要点－太陽の日周運動]
①太陽の日周運動：
(1)太陽は東から昇り、南の空を通って西へ沈んでいきます。

(2)正午ころには南の空で最も高くなります。
このときの高度を「南中高度」といいます。

(3)透明半球を使って太陽の1日の動きを観察すると、印の間隔は同じになります。
これから太陽は一定の速さで動いていることがわかります。

(4)太陽の動きは、円の中心（観測者の位置）から真上の地点を「天頂」といい、
北（天の北極）・南（天の南極）天頂を結ぶ線を「天の子午線」と呼びます。
 太陽の日周運動
①例題：
[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。