働きアリ

勉強をしている子どもたちが、悩み、知りたい、理解したいと思いながら、今までは調べる方法がなかった事柄を、必要かつ十分な説明でわかりやすく記述したサイトです

天体

science 黄道上を太陽は西から東へ動く(天体と東西南北)

中学3年生の、できる子からよく尋ねられる質問があります。

「黄道上で太陽は西から東へ動く」と書いてあるが、なぜ「西から東」と言えるのかがわからないという質問です。

黄道と太陽の動き例えば、秋、黄道上のおとめ座の方向に見える太陽は、冬にはいて座の方向に見えるように移動します。

このことを、太陽は「西から東へ」移動するというのですが、なぜ西から東なのか、そこがわからないという質問です。

ひょっとすると、社会科の地図では上が北、右手が東なので、同じように考えて、太陽が黄道上を右から左へ動くのなら、東から西へ動くのではないかと考えてしまっているのかもしれません。

私は次のように説明しています。

(1)社会と理科では、東西南北の意味がちがう

社会科の地図では、上が北、下が南、右手が東、左手が西です(本当はそう単純ではないのですがここではふれません)。

ところが、理科では、東西南北は固定されたものではありません。

地球と方位左の図のA(日没後にあたります)だと、東は右下の方向、南は頭の真上、西は左上の方向です。

Cの地点(夜明け頃にあたります)だと、東の方向は真上、南は頭の真上で右、西は下の方向です。

つまり、理科では、地球のどこを基準にするか(人がどこにいると考えるか)によって、東西南北の方向はすべて違うのです。

以上のことを納得できるように理解するとすると、『太陽昇ってくる方向と決めたのだ』と考えざるをえません。

そして、地球が自転するから、地球から見ると太陽が昇ってくるように見えるわけです。
したがって、『太陽昇ってくる方向』だということは、地球が自転して今からまわっていく方向、自転のめざす方向がだということになります。

そして、東の反対方向が西、また、太陽は東から昇って南で一番高くなって西に沈むので、頭の真上の方向がだということになります。

黄道と太陽の動きもう一度黄道の図を見てみましょう。

地球の自転の向きは時計の反対まわりです。
黄道上の星座でいうと、おとめ座のほうからいて座の方向へ向かって地球は自転しています。
だから、いて座のほうが地球の自転の向かう方向だから東、おとめ座のほうがその反対だから西です。

つまり、黄道上を、太陽は西から東に動くといえるわけです。




東西南北に関して、さらに統一的な理論

黄道上の東と西に関しては、このように、地球を基準にしてその自転から一応の説明ができるのですが、以上の理屈では説明できない事象があります。

その一つは、太陽の自転の向きです。

太陽も、地球と同じように、時計の反対まわりに自転しています。太陽の自転の向きも「西から東」です。
したがって、黒点も「西から東へ動く」という言い方をします。

しかし、太陽自身の東西南北を、「太陽の昇ってくる方向が東」の理屈では説明できません。

そこで、天文学では、天体の東西南北について次のように決めているようです。
方位と右手
天体の自転の向きに右手を丸めます(右手の指先が自転の進む方向になるように右手を丸めます)。

そのとき、親指は自転軸にあたります。

右手を丸めたとき、自転軸の親指のさす向きを、その反対方向が南、右手の指先の向かう方向、その逆方向が西。

この定義だと東西南北が簡単にわかりますね。







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science 金星の公転周期(理科の難問を比で解く)

今日、日曜勉強会に出席していた中3の女子が、やり方がわからないと質問してきた問題です。

問題:太陽を中心とした地球と金星の位置関係が変化するのは、地球と金星の公転周期が異なるためである。地球の公転周期を1年としたときの金星の公転周期は0.62年である。
図において、地球はXに、金星はYに位置する。あ〜えのうち、地球がXに位置する日から3ヵ月後の地球の位置として最も適しているものを解答欄の(i)に、ア〜クのうち、金星がYに位置する日から3ヶ月後の金星の位置として最も適しているものを解答欄の(ii)に、1つずつ選び、記号を書きなさい。
(平成21年度大阪府後期公立高校入試の問題です。)

図まず地球の位置から。

地球の、自転の向きも公転の向きも時計の反対まわりです。
したがって地球は、と動いていきます。

1年で1周、360度動きますから、3ヶ月だと1年・12ヶ月の4分の1、90度動きます。
あるいは、地球が1ヶ月に動く角度は360度÷12ヶ月=30度だから、3ヶ月に動く角度は30度×3=90度。
いずれにしても、3ヵ月後の地球の位置は「」です。

やや難しいのは3ヵ月後の金星の位置です。

中学生にどう説明したら一番わかりやすいか、ちょっと悩みました。

最近思っているのですが、中学生が難しいと感じる問題のうちいくつかの問題は、徹底して比を使って解くとずいぶん簡単になるのではないでしょうか。
(例えば、calとJの変換の問題などは比を使うとめちゃくちゃ簡単になります。)

それで、この問題も比を使うのが一番わかりやすいのではないかと思って次のように説明しました。

地球の公転周期1年に対して金星の公転周期は0.62年です。

このとき、地球と金星の動く角度の比は単純な1:0.62ではありません。

地球が1年かかって360度まわる間に、金星はそれより短い0.62年で360度まわります。
同じ角度をまわるのにかかる時間が1:0.62ということは、同じ期間にまわる角度は逆の0.62:1になるはずです。

小学生の算数、速さの問題で、同じ距離を進むのにかかる時間がa:bだと、速さの比は逆の比のb:a(時間がかかるほうが遅い)、だから同じ時間に進む距離の比もb:aになるのとよく似ています(というか、同じです)。

同じ3ヶ月で地球と金星のまわる角度は公転周期の比の逆の0.62:1であると判断します。
3ヶ月かかって地球のまわる角度が90度で同じ期間に金星のまわる角度をxとすると、0.62:1=90度:x度の比例式をたてることができます。

0.62:1=90:x
0.62x=90
x=90÷0.62
x=145.1・・・

3ヶ月で金星が動く角度は約145度です(動く向きは、地球と同じ時計の反対まわりです)。

以上より、答えは、Yの位置から時計の反対まわりに145度動いた「」です。

比の式、比例式を使って問題を解くと、式をたてる段階でじっくり考えて正しい式をつくることができれば、あとは悩まずに解き進めることができます。



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science 太陽の自転と黒点の動き

学年末テストが終わったK中のNさんが、授業後、「先生、質問が・・・」と教室に残りました。

理科のテスト問題で、太陽の黒点がどちらに動くかという問題です。

黒点(1)黒点(2)ぱっと図を見て、太陽も地球と同じように時計の反対まわりに自転をしているからBでしょ?と言ったら、答えはAですとのこと。

ええ!?なぜ??ということで、あらためて問題を見直しました。


よく問題を読むと、下の図のような天体望遠鏡で太陽を観察したと書いてある。
天体望遠鏡
また、記録用紙に記録した太陽の図には方位が書いてありました。












黒点(1)の2黒点(2)の2











この場合、なぜ日がたつと、太陽の黒点の動く方向はAなのか、考えてみました。

この問題の場合、ポイントは3つあると思います。

1つ目、太陽の図につけられた方位の意味
2つ目、太陽の自転の方向
3つ目、太陽を観察する天体望遠鏡の像の見え方


太陽の図につけられた方位の意味

問題によっては、太陽の左側が東、太陽の右側が西になっている図もあります。
太陽と方位地球から天体望遠鏡を使わないで太陽を見たとき、太陽の左側が東、右側が西です。

太陽自体に方位はありません。地球本位に太陽の昇ってくる方向を東、太陽が沈む方向を西と決めたに過ぎません。

太陽は南天を通る天体なので、人から向かって左側の東から昇り、南を通って、右側の西に沈みます。だから、太陽に正対したとき(太陽を正面から眺めたとき)、太陽の左方向が昇ってきた方向だから東、太陽の右方向が沈んでいく方向だから西です。


太陽の自転の方向

次に、黒点の動く向きですが、太陽が自転しているので、太陽の表面にある黒点も動いていきます。

太陽の自転の方向は、地球の公転や自転と同じ向きの左まわり、時計の反対まわりです。

だから、太陽を正面から見たとき、黒点は左から右へ動いていきます。


以上のように、太陽の左側が地球から見たら東であり、黒点は左から右へ動いていくはずなのに、なぜ質問された問題では太陽の右が東で、太陽の自転の方向、黒点の動く向きが右から左だったのでしょうか?


天体望遠鏡の像の見え方と投影板

投影版













上の図の、左の壁にかいた円が太陽です。太陽の左側が東で右が西、黒点は左の東から右の西へ動きます。

中央の女の子が観測者です。

直接太陽を見ると目を傷めるので投影版に映して太陽を観測します。その投影板にあたるのが右の壁の鏡です。
鏡(投影版)に映った太陽は、女の子から見ると、右が東、左が西になり、黒点は右から左へ動いていきます。

だから、問題の太陽の図では、右が東であり、黒点の動く向きは右の東から左の西へ動いていくということになるというのが私の思いついた説明です。



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science 月(2)日食と月食

2009年7月22日、日本では46年ぶりの皆既日食が観察されました。
鹿児島県の南にあるトカラ列島や奄美大島では6分25秒の間、皆既日食が続き、周辺の各地では部分日食が起こりました。


日食の起こる理由

月が、公転によって太陽と地球の間に入ってきて3つの天体が一直線に並んだとき、月にじゃまされて太陽が隠れてしまうことがあります。これが日食です。
太陽−月−地球という位置関係のとき、日食が起こります。太陽が完全に月に隠れると皆既日食、太陽の一部が欠けるときを部分日食といいます。


日食位置関係からわかるように、日食は新月のときに起こります。

月の公転面が地球の公転面に対して5度傾いているので、太陽・月・地球が一直線に並ぶことはまれにしか起こりません。したがって、日食もまれにしかありません。

月にじゃまをされて太陽の光が完全に当たらない部分を本影といい、太陽の光の一部があたる部分を半影といいます。月の本影に入った地点では皆既日食が観察でき、半影に入った場所では部分日食が見られます。


日食のときの太陽の欠け方

日食の向き
月の公転の向きは時計の反対まわりであり、月は地球から見ると右から左の向きに(西から東の向きに)動いていきます。
したがって、日食のとき、太陽は右(西)から欠けていきます。

皆既日食のときは、普段見られない太陽の周りのコロナや太陽面からふき出るプロミネンス(紅炎)を見ることができます。
皆既日食の終わりには、太陽の光が月の影のふちからもれてダイヤモンドの指輪のように輝くダイヤモンドリングを見ることもできます。


2009年の皆既日食は、楕円軌道を公転している月が地球に一番近づき、同じように楕円軌道を公転している地球が太陽から最も離れたときに起こったので、月は大きく、太陽は小さく見えることになって太陽の隠された時間が長くなり、皆既日食は6分以上続きました。

(逆に、月が地球から離れたときに日食が起こると、月の見かけの大きさが太陽よりも小さくなり、月の影の外に太陽のふちが見える金環日食が起こります。)


月食の起こる理由

太陽と地球、月が一直線上に並び、地球の影の中に月が入って、月が欠けて見えることがあります。これが月食です。
太陽−地球−月という位置関係のときに月食は起こります。
月が完全に隠れると皆既月食、月の一部が欠けたときが部分月食です。

月食月食は満月のときに起こります。

日食と同様、月の公転面と地球の公転面とは5度傾いているので、満月のたびに月食が起こるわけではありません。

地球の本影に満月が完全に入ると皆既月食、満月の一部が本影に入ったときが部分月食です。
月が半影にだけ入っているとき、太陽の光の一部は月に届いており、月はその光を反射して輝いていますから月食は起こりません。


月食のときの満月の欠け方

月食の欠け方満月は、時計の反対まわりに、地球から見ると右から左へ西から東へ)公転して、地球の影の中を移動していきます。
したがって、満月は左から欠けていきます。






















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science 月(1)月の自転と公転

約2000億個の恒星の集まりである銀河系の辺境に太陽系があります。
太陽系は中心にある恒星太陽の周りを、水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星、海王星の8個の惑星が公転しています。
惑星である地球の周囲を公転しているただ1つの衛星です。




月の表面に水や空気はありません(ほとんど0です)。
そのため、日光があたる昼は110度、あたらない夜は−170度と表面温度の差が大きくなります。
表面は砂(レゴリス)でおおわれており、起伏のある部分となだらかな部分が存在します。なだらかな部分は黒っぽく見え、「海」と呼ばれます。
また、月の表面に見られる火山の噴火口のようなくぼみをクレーターといいます。

月の直径は地球の直径の約4分の1であり、惑星に対する大きさの比が太陽系の中では一番大きい衛星です(大きさ自体は太陽系の衛星の中で5番目)。
また、太陽の直径は月の直径の約400倍ですが、地球から太陽までの距離が逆に月までの距離の約400倍なので、地球から見たときの太陽と満月の見かけの大きさはほぼ同じです。

満月の明るさは−12.7等星です。月が明るく見えるのは太陽の光を月の表面が反射し、その光が地球に届くためです。
また、例えば半月のときなど、太陽の光が当たっていない部分も地球からぼんやりと見ることができますが、これは太陽の光が地球で反射し、それが月に当たっているためです。


月の自転と公転

衛星である月は、地球の周りを時計の反対まわりに公転しています。公転の周期は約27.3日です。
月は同じ27.3日で自転もしています(時計の反対まわり)。

自転周期と公転周期が等しいということは、常に同じ月面を地球に向けているということです(友だちがあなたに体の正面を向けたままあなたの周りを1周していると想像してみてください)。
言い換えると、地球から見える月の表面はいつも同じで、月の裏側を地球から観測することはできません。


月の満ち欠け

月が地球の周りを約1ヶ月という短い周期で公転しているので、太陽と地球、月の位置関係が変化し、月は満ち欠けをします。

新月左図のように、太陽・月・地球と並んでいるとき、月の、太陽の光で照らされている部分を地球から見ることはできません。これが新月です。


満月太陽・地球・月の順に並んでいるとき、月の、太陽光で照らされている部分全面を地球から見ることができます。
これが満月です。

図は、太陽が左にあると想定したものです。太陽をどの位置において考えるかによって月の見え方はかわってきますから、例えば「月が地球の左にあるときは新月」などと丸暗記してはいけません。
自分が地球の位置にいることを常に念頭において、月の照らされている部分がどう見えるかを考えないといけません。


月の公転Aが新月です。
左図のBの位置に月があるとき、地球から見た月の左半分は影です。月の右半分もほとんどは影で、右端のわずかだけが明るく見えます。つまり、三日月です。
月がCの位置のとき、(パソコンの画面上は左側ですが)地球から見たら右半分が光って見えます。半月のうち、上弦の月です。
Eは前述のように満月
Gは地球から見たら(PCの画面上も)左半分が光って見えます。下弦の月です。


月の公転周期と月齢(満ち欠けの周期)の違い

月の公転の周期は27.3日ですが、満ち欠けの周期(新月から次の新月まで)は29.5日であり、2.2日のずれがあります。

月齢月は、左図のAの位置からBの位置まで、27.3日かかって公転します。
その27.3日の間に、当然、地球も太陽の周りを公転して、位置を変えています。まだ、月がBの位置のときは新月ではありません。
さらに2.2日かかって月がCの位置にきたとき、やっと新月になります。

このように、月が27.3日かかって地球の周りを公転している間に地球も太陽の周りを公転しているので、月の公転周期と満ち欠けの周期とは一致しません。


どの月が何時頃どの方向に見えるか

月の見える時刻観察者が地球上のbの位置であれば、1日のうちの夕方です。
方角は、地球が今から回っていく方向を東と決めたものです(そちらから太陽が昇ってきます)。また、頭の真上の方向を南と考えます。
bの位置に観測者がいるとすると、もし月が上弦の月(C)であれば、夕方、真南に見えることになります。
同じbの位置に観測者がいるとき、もし月が満月(E)であれば、夕方、東の空に満月が見え始めることが図からわかります。

次に、月を基準に考えてみましょう。

満月(E)のとき、地球のbの位置で(夕方に)東の空に満月がのぼってきます。地球の自転によってcの位置(真夜中)に来ると、満月は南の空にうかんでいます。さらに地球が自転して観測者がdの位置にきたとき、満月は西の空に沈みます。

Gの下弦の月だと、観測者がcの位置にきたとき(真夜中)、下弦の月は東からのぼってきます。さらに観測者がdの位置で(明け方)、下弦の月は南にうかんでいることがわかります。

上弦の月(C)は、夕方真南に見えます。観測者がcの位置で(真夜中)上弦の月は西に沈みます。


同じ時刻に見える月

月の公転周期が約27.3日のため、月は1日で360度÷27.3=約13度、西から東へ移動していきます。地球も1日で360÷365日=約1度同じ方向に移動するので、結局、同じ時刻に観察すると、月は1日で約12度、西から東に移っていくということになります。

地球の自転の角度は360度÷24時間=15度、1時間で15度です。60分×12/15=48分、つまり、月が南中する時刻は1日に約50分ずつ、遅くなっていきます。


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science 地球と宇宙(3)(太陽系・銀河系)

天体の最終章「太陽系・銀河系」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

金星

金星の見え方説明図金星は内惑星(地球の内側を公転する惑星)です。
地球より短い公転周期で、太陽の周りを公転しています。

左図でアの位置にあるときと、エの位置にあるとき、地球から見て太陽と同じ方向にあるため、太陽と一緒に昇り、太陽と一緒に沈み、見ることができません(昼間に星は見えません)。

地球からの距離が近いオのとき、金星は大きく見えます。
地球からの距離が遠いイに金星があるとき、金星は小さく見えます。ウとカはその中間の大きさになります。

金星は、月と同じように「満ち欠け」をします。
月の「満月」にあたるのが図のア、月の「新月」にあたるのがエですが、このときの金星を地球から見ることはできません。
金星がどのように見えるかを知ろうと思えば、地球から金星の中心を通る直線を引くと簡単にわかります。
イでは、左の一部か欠けるだけです。
ウやカでは、金星のほぼ半分が光って見えます。
オでは、左のほんの一部しか見えません。

最後に、金星の見える方向です。

図では小さい字で見えにくいのですが、観測者がbの位置のとき、時刻は夜中です。金星は地平線の下になり、金星を見ることはできません。つまり、真夜中に金星を見ることはできません。

aの位置とcの位置にあるときの金星の見え方を検討する前に、方角について再確認しておきましょう。

明け方の金星太陽が昇ってくる方向です。
太陽は、地球がこれからまわっていく方向から昇ってきますから、地球がまわっていく方向です。

また、地球に影を書いた左の図からわかるように、このときの時刻は夜明け前です。

前の図で、金星がオやカの位置にあるとき(つまり、金星が地球から見て太陽の右側にあるとき)、cの位置から金星を見ることができますが、見える時刻は「明け方」、見える方向は「東の空」ということです。
まとめると、金星が太陽の方向より右にあるとき、金星は明け方、東の空に見えます。
金星は太陽に近く、地球からも近いので非常に明るく見える星です。それで、明け方東の空に見える金星は「明けの明星」と呼ばれます。

夕方の金星前の図で金星がイやウの位置にあるとき(地球から見て金星が太陽より左側にあるとき)、aの位置にいる観測者は金星を見ることができます。
このときは、左図のように見える時刻は「夕方」、日没後で、方向は今から回っていく方向の反対側、つまり「西の空」です。
このときの金星は、「宵(よい)の明星」と呼ばれます。


例題:左の図は、地球の北極側から見た太陽・地球・金星の位置関係です。
金星の問題1(1)金星の公転の向きはa、bのどちらか。
(2)金星が、明け方東の空に見えるのは、図のどの位置にあるときか。
(3)金星が西の空に見えるのは1日のうちのいつ頃か。
(4)金星が最も長い時間西の空に見えるのは図のどの位置にあるときか。
(5)金星が最も小さく見えるのは、図のどの位置にあるときか。
また、そのときの金星の形を次の中から選べ。
金星の問題2




(6)地球と金星の位置関係が変わっていくのはなぜか。
(7)金星を真夜中に見ることができないのはなぜか。

解答

(1)地球と同じ、時計の反対まわりなのでa
(2)太陽の方向より右に金星があるウとエ
(3)金星がアやイの位置にあるとき、夕方に見ることができる
(4)太陽の方向と金星の方向とのつくる角度が大きいほど長時間見ることができるので、イ
(5)地球からの距離が大きくなるほど小さく見えるからア
そのときの見え方は、小さく、「欠け」の少ないA
(6)地球と金星の公転周期が異なるから
(7)金星は内惑星(地球の内側を公転している惑星)だから、地球から見て太陽の反対側にくることはない、だから真夜中には見えない


この章で覚えることのまとめ

太陽系

太陽系・・・恒星の太陽と、その周りをまわる惑星・小惑星・衛星・すい星の集団
惑星の公転・・・同じ公転面を、同じ向きにまわっている
惑星・・・水星・金星・地球・火星・木星・土星・天王星・海王星の8つ
地球型惑星・・・大きさ・質量は小さい、密度は大きい(水・金・地・火)
木星型惑星・・・大きさ・質量は大きい、密度は小さい、周囲にガス(木・土・天・海)
衛星・・・惑星の周囲を公転(地球の衛星は月)
小惑星・・・火星と木星の間、無数の小天体
すい星・・・太陽に接近すると長い尾

惑星の見え方

公転周期・・・太陽から遠いほど周期は長い
内惑星・・・地球の公転軌道の内側を公転(水星・金星)
外惑星・・・地球の公転軌道の外側を公転(火星・木星・・・)
金星の見え方・・・地球からの距離により、見かけの大きさが変わる
満ち欠けをする
夜中には観測できない、明け方東の空か夕方西の空に見える
火星の見え方・・・見かけの大きさは変わるが、ほとんど満ち欠けはしない
夜中にも見える時期がある

銀河系

星座・・・恒星で構成されている
光年・・・恒星までの距離をあらわす単位、1光年は約9兆5千億km
等級・・・恒星の見かけの明るさをあらわす単位、肉眼で見える一番暗い星が6等星、2.5倍明るくなるごとに5等星・4等星・・・
表面温度・・・表面温度が高いと青白色、中間が黄色、低いと赤色
銀河系・・・太陽系が含まれる2000億個の恒星の大集団、うずを巻いた凸レンズ状の形
銀河・・・銀河系以外の恒星の大集団


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science 地球と宇宙(2)(地球の公転と天体の年周運動)

「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です。
方角1
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、その西ということになります。
東の西の間がです。わかりやすい覚え方として、観測者の「頭の真上」がと覚えると、いろいろな問題が解きやすくなります。



方角2
公転の場合も同様です。今から地球が回っていく方角が、その反対方向が西、観測者の頭の真上です。







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。

反時計まわり覚え方として、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。

時計回り唯一の例外(見かけの例外ですが)は、の方向にある太陽オリオン座で、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

地球の公転1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。






地球の公転2
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。
太陽の光北半球に垂直に当たっているAが日本ではになります。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。


太陽の光1

太陽の光2






季節による太
陽の日周運動の変化

太陽の日周運動
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。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。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。

春分・秋分の南中高度

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。
夏至の南中高度

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。
冬至の南中高度

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、オリオン座の問題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12ヶ月で移動するので、1ヶ月では360÷12=30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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science 地球と宇宙(1)(地球の自転と天体の日周運動)

「太陽や星の日周運動」分野の、重要問題の研究と解説、そして重要事項のまとめをします。

例題1:左の図は、太陽の1日の動きを透明半球上に記録した図である。
天体問題1(1)北を示しているのはA〜Dのうちどれか。
(2)太陽の位置Pを記録するとき、フェルトペンの先端の影をどの位置に一致させるか。
(3)太陽の動く向きは、ア、イのどちらか。
(4)点Q、Rはそれぞれ何を表わしているか。
(5)太陽の南中高度を、記号を使って表わせ。
(6)太陽や星が1日に1周地球の周りをまわる見かけの動きを何というか。
(7)(6)の動きは、地球の何という運動によって起こるか。
(8)(重要)太陽の通り道にそって、8時に太陽の位置をうった点と、9時にうった点の間隔を測ったら2.5cmだった。8時にうった点と日の出の位置との間隔が5.5cmであったとすると、日の出の時刻は何時何分か。

研究1

太陽の日周運動の問題を解くとき、あらかじめ知っておかないといけないことがいくつかあります。
天球1
1、方位が見つかりますか。
2、地平線はどこですか。
3、自分はどこにいるのでしょう。
4、太陽の動く向きがわかりますか。
5、南中高度を見つけられますか。










天球2

1、方位・・・太陽が最も高い位置にくることを「南中する」といいます。「南」の「中心」にくるわけですから、その方向が南です。
つまり、まず真っ先にを見つけます。
その反対がです。
地図では北が上、右が東、左が西ですね。これは、北を向いたとき右手が東、左手が西ということです。
南が見つかったら反対の北を見つけ、北を向いたとき右手側、つまり図では手前が、その反対が西です。
2、自分の足もとに広がっている平面が地平線。
3、天球の中心が観測者の位置です。
4、太陽の動く向きは、東から昇り、南を通り、西へ沈む、です。
5、南中したときの太陽と。観測者と、地平線の作る角度が南中高度です。

解答1

(1)南がAだから北はB
(2)点O
(3)Cが東、Dが西で、東から昇り西に沈むからイ
(4)点Qが日の出の位置、点Rが日の入りの位置
(5)∠POA
(6)日周運動
(7)自転
(8)1時間分の間隔が2.5cmです。5.5÷2.5=2.2時間。8時より2.2時間前が日の出の時刻です。
整数部分の2は2時間です。
0.2時間が何分かを解決します。0.2時間=0.2×時間=0.2×1時間=0.2×60分=12分。このように、小数、分数のときは60をかけたら求められます。
8時より2時間12分前だから、5時48分


例題2:左の図は、ある日の午後8時に北の空を観察したときのスケッチである。時間の経過とともに、星Pや星Rの位置は変わったが、点Qの位置は変わらなかった。
星の日周運動問題(1)星Qの名前をいえ。
(2)星Qの位置が変わらないのはなぜか。
(3)(重要)星Qの高度は何と等しくなるか。
(4)3時間後に、カシオペヤ座と北斗七星は、どの位置にあり、どのように見えるか、図に書き込め。
(5)時間がたつとカシオペヤ座や北斗七星の位置が変わる理由を述べよ。


研究2

1、地球が「西から東へ」向かって自転しているので、星の見かけの動きはその逆の「東から西」の向きです。

太陽やオリオン座のような南にある星は、「東から昇って南を通り西に沈む」運動をします。

星の日周運動1








また、北の空の星は、北極星を中心に「時計の反対まわり」の運動をします。

星の日周運動2
星の回転する角度を考えてみましょう。
星は、1日24時間で1周360度回転します。
360÷24=15度
星が1時間に動く角度は15度です。









2、北極星の高度は、その地点の緯度と等しくなります。

北極星の高度

北極星は、天の北極、つまり地軸の延長上にあります。
だから、左の図で×印をつけた角度は平行線の同位角で等しいといってよい。
北極星の高度=90度−×度
緯度=90度−×度

ともに90度から×印の角度を引いた値になるから、
北極星の高度=その地点の緯度


解答2

(1)北極星
(2)地球の地軸の延長線上にあるから
(3)北極星の高度=その地点の緯度
(4)時計の反対まわりに、15度×3時間=45度回転する
星の日周運動問題2










(5)地球が自転しているから


この章で覚えることのまとめ

星の分類

恒星・・・みずから光り輝く天体(例:太陽)
惑星・・・恒星の周りをまわっている天体(例:地球)
衛星・・・惑星の周りをまわっている天体(例:月)
小惑星・・・火星と木星の間にある小天体
すい星・・・太陽に近づくと尾をひく(例:ハレーすい星)

太陽

気体(ガス)のかたまり
地球からの距離は1億5000万km
直径は地球の109倍
表面温度は6000度
表面にコロナ・プロミネンス
黒点・・・温度が低い(4000度)ので黒く見える
自転している(27〜30日周期)
太陽と地球の間に月がきて1直線になるとき、日食が起こる

星の日周運動

天球・・・夜空を見上げると星がそこにあるように見える見かけの球
自転・・・地球が地軸を中心に西から東へ1日に1回転すること
太陽の日周運動・・・地球の自転によって起こる、太陽が1日に1回転する見かけの動き
南中高度・・・天体が真南にきたときの地平線からの角度
星の日周運動・・・地球の自転によって起こる、星が1日に1回転する見かけの動き
星の動く向き・・・北の空の星は北極星を中心に反時計回り、南の空の星は東から昇り南を通り西へ沈む
星の動く角度・・・1日24時間で1周360度だから、360÷24=15、1時間の回転角は15度


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