「太陽や星の年周運動」分野の、重要問題の研究と解説、そして重要事項のまとめです。

問題を解く前の確認事項

方角

太陽が昇ってくる方角が東、太陽が沈む方角が西です。その中間の、太陽が最も高くなる方角が南です。

地球の自転で考えた場合、太陽の昇ってくる方角、今から地球が回っていく方向が東、その逆が西ということになります。
東の西の間が南です。わかりやすい覚え方として、観測者の「頭の真上」が南と覚えると、いろいろな問題が解きやすくなります。




公転の場合も同様です。今から地球が回っていく方角が東、その反対方向が西、観測者の頭の真上が南です。







反時計まわり

太陽が東から昇って西に沈むのは、地球の自転による見かけの動きです。地球が「西から東」に向かって自転しているので、天体は逆の「東から西」に動くように見えるだけです。

覚え方として、地球は、自転の向きも、公転の向きも「時計の反対まわり」と覚えることもできます。（ちなみに、太陽自身のの自転の向きも反時計回りです。）
観測者が北を向いたときの星座の動く向きも、北極星を中心とした反時計まわりです。

唯一の例外（見かけの例外ですが）は、南の方向にある太陽やオリオン座で、動く向きは「東から昇って、南を通って、西へ沈む」ですが、時計まわりに動くように見えてしまいます。


地球の公転

左の図で、
１、地球の公転の向き
２、地球の自転の向き
３、だいたいの日本の位置
４、それぞれの位置にあるときの季節
が言えないといけません。







１、地球の公転の向きは時計の反対まわりです。
２、地球の自転の向きも時計の反時計まわりです。
３、日本はだいたい北緯３５～４０度前後なので、左の図で地球に引いた青い線が１日に日本が動いている場所を表わしています。
４、それぞれの地球に赤道を引き、太陽の光が地球にどのように届いているかを書き込みます。
太陽の光が北半球に垂直に当たっているＡが日本では夏になります。つまり、Ａが夏至です。日本で夏至に昼が長い理由も、図を見たら一目でわかります。
太陽の光が南半球に垂直に当たるＣが冬至です。
地球の公転方向は時計の反対まわりなので、Ｃの次のＤが春分、Ａの次のＢが秋分となります。

なぜ、夏は気温が高く、冬は気温が低いのかは、下の図で説明できます。
太陽が垂直に当たっている図では、５本の光が赤色の面に当たっていますが、斜めから太陽の光が当たっている図では、同じ５本の光のうち３本しか同じ面に当たりません。これが、夏と冬で気温の差が生じる理由です。











季節による太陽の日周運動の変化


春分（３月下旬）・秋分（９月下旬）の日、太陽は真東から昇り、真西に沈みます。また、昼と夜の時間の長さはほぼ同じです。太陽の南中高度は「９０－緯度」で求めることができます。

夏至（６月下旬）、太陽は真東より北寄りから昇り、真西よりは北寄りに沈みます。昼の長さが１年で最も長く、太陽の南中高度は「９０－緯度＋２３.４度」になります。

冬至（１２月下旬）、太陽は真東より南寄りから昇り、真西より南寄りに沈みます。夜の長さが最も長く、太陽の南中高度は「９０－緯度－２３.４度」となります。


太陽の南中高度を求める式

春分・秋分
下の×印が緯度、上の●印が南中高度です。



上の×印が緯度の同位角で、緯度と等しくなりますから、春分・秋分の太陽の南中高度は９０度－緯度であることがわかります。








夏至
○印が地軸の傾きの２３.４度、下の赤色の角度が（緯度－２３.４度）を表わしています。


上の赤色の角度が（緯度－２３.４度）の同位角、そして●印が南中高度ですから、南中高度は９０度－（緯度－２３.４度）、
かっこを開けると、９０－緯度＋２３.４度です。



冬至
○印が地軸の傾きの２３.４度、×印が緯度です。


下の赤色の角度が（緯度＋２３.４度）になり、上の赤色の角度がその同位角です。
●印の南中高度が９０－（緯度＋２３.４度）であることがわかります。
かっこを開けて、９０－緯度－２３.４度




大阪の緯度はだいたい北緯３５です。
春分・秋分の太陽の南中高度は９０－３５＝５５度
夏至の太陽の南中高度は９０－３５＋２３.４＝７８.５度
冬至の太陽の南中高度は９０－３５－２３.４＝３１.６度


例題１：
日本のある地点で、ある日の午後８時、ｂの位置にオリオン座が見えた。
（１）２ヵ月後の午後８時、オリオン座はどの位置に見えるか。
（２）観測した日から１ヵ月後、同じ地点でオリオン座がｂの位置に見えるのは何時ごろか。
（３）観測した日から３ヵ月後の午後１０時に同じ地点でオリオン座を観測すると、どの位置に見えるか。

解答１

（１）地球は太陽の周りを１年で１周します。３６０度を１２ヶ月で移動するので、１ヶ月では３６０÷１２＝３０度動くことになります。したがって、星座の見かけの動きも、１ヶ月で３０度です。
また、動く向きは日周運動と同じ向きです。オリオン座は南の空に見える星座なので、「東から昇って南を通り西へ沈む（時計まわり）」動きをします。
２ヶ月で３０×２＝６０度、時計回りに動くことになるので、答えはｄ

（２）天体の日周運動は、１日２４時間に１周３６０度回転するので、１時間で３６０÷２４＝１５度、回転します。
同じ時刻に観察すると、１ヶ月に星の動く角度は３０度でした。３０度÷１５度（１時間分）＝２時間分、同じ時刻に観察すると進んでいることになります。
１ヶ月前の午後８時にｂに見えたオリオン座は、それから１ヶ月たつと、同じ午後８時に３０度、２時間分先に進んでｃの位置に見えます。
だから、ｂの位置にあったのは午後８時の３０度・２時間分前ということになり、答えは午後６時です。

（３）まず、時刻を午後８時に固定して考えるのが、この問題を簡単に解くコツです。３ヵ月後の午後８時には、１ヶ月３０度×３＝９０度、先に進んでいるはずです。図ではeの位置です。
次に、午後１０時だとどうなるかを考えます。８時より２時間後になります。オリオン座は１時間に１５度、２時間だと３０度、さらに時計まわりに進みます。eから３０度進んだｆが答えです。


この章で覚えることのまとめ

星の年周運動と地球の公転

星座を同時刻に観察すると、東から西へ移動していく
季節によって見える星座が違う
星の年周運動・・・星座が天球上を１年で１周すること
移動する角度・・・３６０度を１２ヶ月で移動するので、１ヶ月で３０度
３６５日で３６０度回転するので、１日で約１度
同じ場所に見える時刻・・・星の日周運動は１時間＝１５度だから、１ヶ月３０度は２時間分、つまり１ヶ月で２時間（１日になおすと１２０分÷３０日＝４分）早くなる
地球の公転・・・地球が太陽の周りを１年で１周すること
地球の公転角度・・・３６０度÷１２ヶ月＝３０度（１日で約１度）

太陽の年周運動

地球から太陽を見ると、太陽は１年かけて星座の間を西から東に移動するように見える
太陽の年周運動・・・太陽が星座の間を１年で１周すること
黄道（こうどう）・・・天球上の太陽の（見かけの）通り道
黄道１２星座・・・黄道付近にある１２の星座
真夜中に見える星座・・・（春）しし座、（夏）さそり座、（秋）みずがめ座・ペガスス座、（冬）オリオン座（おうし座）

太陽と季節の変化

季節によって、太陽の経路、南中高度は変化する
春分は３月２０日頃、夏至は８月２０日頃、秋分は９月２０日頃、冬至は１２月２０日頃
太陽の南中高度・・・春分・秋分（９０－緯度）、夏至（９０－緯度＋２３.４度）、冬至（９０－緯度－２３.４度）
日の出・日の入りの位置・・・春分・秋分（真東から出て真西に沈む）、夏至（真東より北よりから出て、真西より北よりに沈む）、冬至（真東より南よりから出て、真西より南よりに沈む）
太陽の影・・・冬至が最も長く、夏至が最も短い
昼と夜の長さ・・・春分・秋分（１２時間ずつでほぼ同じ）、夏至（昼が最も長い）、冬至（夜が最も長い）
太陽から受ける光の量・・・夏至が最も多く、冬至が最も短い

地軸の傾き

地軸の傾き・・・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
地軸の傾きで起こる季節の変化・・・太陽の南中高度の変化、昼夜の長さの変化
緯度と太陽・・・北極（夏至は１日中昼、冬至は１日中夜）、赤道上（１年中昼夜の長さは１２時間ずつ）、南極（夏至は１日中夜、冬至は１日中昼）


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