質問: 地球の自転によって、天球上の天体が毎日地球の周りを回るように見える見かけの運動のことを何というでしょう?
回答: 日周運動

タイトル: 月の軌道
天の北極、即ち北極星から見ると、月は地球を反時計回りに公転し、地球は太陽を反時計回りに公転し、月と地球は自身の自転軸を反時計回りに自転している。角速度の方向を示すためには、右手の法則が用いられる。右手の親指が天の北極に向ければ、指の曲がりは月が地球、地球が太陽を公転する方向を示す。太陽系の描写は、太陽の視点からの地球の軌道と地球の視点からの月の軌道によるのが通常である。こうした視点の使い分けは、地球の周りを回る月が、太陽から見て逆行することがあるような印象を与える。しかし、地球の周りの月の軌道速度(約1キロメートル毎秒)は、太陽の周りの地球の軌道速度(約30キロメートル毎秒)よりも遅く、このような逆行をともなう運動が起こるわけではない。地球-月系を連惑星系と考えると、その共通重心は地球の中心から約4624キロメートル、地球半径の72.6 %に位置する。

タイトル: 地球の太陽面通過 (冥王星)
冥王星における地球の太陽面通過(ちきゅうのたいようめんつうか)とは、冥王星と太陽のちょうど間に地球が入り、太陽面を通過する天文現象である。

タイトル: 太陽面通過
太陽面通過(たいようめんつうか)とは、ある天体にいる観測者から見て、見かけ上太陽の表面を別の天体が通過する現象である。日面通過(にちめんつうか)や日面経過(にちめんけいか)、太陽面経過とも呼ばれる。普通、地球から見て内惑星である水星または金星が太陽の表面を通過する現象のことを指す。これは太陽と内惑星と地球が一直線に並んだときに見られるもので、地球では水星と金星でのみみられる天体現象である。水星、金星は太陽に比べ大きさがかなり小さいので小さな黒い点がゆっくり太陽の表面を移動していく形で観測される。ヨハネス・ケプラーは、1627年に初めて金星の太陽面通過が1631年12月6日に起こると予想した(実際に起きたのは12月7日)。

タイトル: 地軸
地軸は、公転の影響を受けないため、常に一定の方向を指す。そのため、天球の北半球と地軸の交点付近の恒星である北極星は、1日のどの時刻であっても、1年のどの季節であっても同じ高度(角度)に見える。この高度は観測者の居る地点の緯度によってだけ決まるので、北極星の高度を測定すれば(もちろん北極星の見える北半球においてであるが)、地球上のどの地点であっても緯度を計算できるのである。GPSなどが発達する以前、数百年にわたって北極星が航海などに役立ってきたのは、こうした地軸の性質による。ただし、非常に長い期間を想定した場合、地軸自体の指す方向は変化する。これを歳差運動と呼ぶ。歳差運動自体は珍しいものではなく、コマの首振り運動のように日常観察できるものである。地軸の歳差運動の周期は約2万5,800年である。このため、北極星に該当する恒星も相対的に変化しているように観察される。

タイトル: 天動説
太陽は恒星天と連動して動くが、同時に固有の運動も付加された。そして、恒星天の上を獣帯(黄道に沿った狭い帯状の部分)を西から東に一年で一周する。月や惑星もまた、獣帯の中で各々固有の運動をする。このようにして、天動説は天体の動きを自然に説明することができた。天球の概念の萌芽は、バビロニア天文学において大地を取り巻く獣帯が設定されたことにある。紀元前4世紀の古代ギリシアの天文学者エウドクソスが同心球体説に基づく天動説の理論を作った。この時点では、ギリシャの天文学派観測や数値的な理論において未熟だったが、やがてバビロニアの成果を取り込んで独自の幾何学的な数理天文学を確立し、2世紀のクラウディオス・プトレマイオス『アルマゲスト』においては、簡潔な理論で主要なデータを十分な精度で説明できた。天動説的な宇宙論の天が大地を包み大地は球であるという主張は、さまざまな問題を生じた。

タイトル: 天動説
例えば、なぜ重い物体は地表に向かうのか、天体はなぜ地表に落ちてこないのか、なぜ地球は宙に浮き、ふら付かずに静止できるのか、といった問題である。紀元前4世紀のアリストテレス『天体論』はこういった問いを扱った。アリストテレスは、当時の天文学者たちの学説、とくにエウドクソスの説に依拠して、自らの宇宙論をくみ上げた。アリストテレスの説明は、地球の中心=世界の中心に特別な役割を担わせている。重い物体は世界の中心に向かって直進し、軽い物体は離れていくとしたのである。天界は月下の大気圏内とは異なる原理が働き、天体は世界の中心の周りを等速回転するとした。そして、地球を中心とした円運動は、透明な固体の球の回転という物理的な実体を与えられた。そして、世界は月下の生成消滅常ならぬ世界と、不変な天界に二分された。

タイトル: エーテル (物理)
季節あるいは昼夜が変化すれば観測者の運動の方向が反転するが、この運動の変化は光の速さに比べて小さいものの、検出不可能なほど小さくはないと考えられた。すなわち、地球はエーテルの中を進んでいるのであるから、地上ではいわば「エーテルの風」が吹いていることになり、これは光速の変化として捉えられると考えた。

タイトル: 年
この見た目の太陽運行は、太陽を公転する地球の自転軸(地軸)が公転面に対して約23.44度傾いているために生じる。これは赤道傾斜角と言われる。地球が、太陽が春分点にある位置から太陽周回軌道(公転軌道)をほぼ1周すると、太陽に対するこの傾いた地軸が同じ位置になり、ふたたび春分点に太陽が来る。これが季節の一巡となる。しかし、地球の自転軸や公転時間は一定していない。傾いた地球自転軸は、コマが触れるようにその方向を変え、そのため春分点が1年あたり約50秒ずつ東へ移動している。これは歳差運動と呼ばれる。そのため、実は春分点への回帰を根拠とする太陽年では地球の公転上の位置が一定しておらず、1年で地球の公転方向と逆に角度約50秒(公転時間約マイナス20分)ずつずれてゆく。これは地球上では、年々ずれる春分点と、遠い距離の恒星がつくる星座の位置が変わってゆく現象として観察される。

タイトル: 地球
地球の赤道面は公転面に対して約23度26分傾いている。この傾きは自転軸の傾きでもある。季節変化の主な要因として軌道離心率と自転軸の傾きが考えられるが、地球の場合、自転軸の傾きが効いている。軌道離心率が0.0167ということは、太陽に最も接近したとき(近日点通過)と太陽から最も遠ざかったとき(遠日点通過)で、太陽約3.6個分距離が違うことを意味している(0.01天文単位が太陽直径程度である)。光量に直すと約7%の変動ということになるが、これよりも自転軸の傾斜を原因とする太陽高度の変化(光が差し込む角度)と日照時間が効くのである。太陽に最も接近するのは1月4日前後、最も離れるのは7月5日前後である。離心率や自転軸の傾斜は、木星などの引力の影響により数万年周期で変動している(ミランコビッチ・サイクルを参照)。地球の赤道の傾きは、22 - 24度の範囲をおよそ4万1000年の周期で変化している。

タイトル: 対地同期軌道
同期軌道は適切な速度で自転するあらゆる衛星・惑星・恒星・ブラックホールの周りに存在しうる。その条件は周期が長すぎ(軌道半径が長すぎ)ヒル球の外に出ないこと、また周期が短すぎ(軌道半径が小さすぎ)主天体に呑み込まれないこと(あるいはロッシュ限界より外であること)である。

タイトル: 天体力学
月は(秤動 (英: libration) を除き)常に同じ面を地球に向けているが、これは月の自転周期と公転周期が同期しているためである。これは地球の重力による月の潮汐変形が原因であり、潮汐ロックと呼ばれる。

タイトル: 地球の自転
パリのパンテオンの頂上から67 mの糸に質量28 kgの鉄の球を吊るして行なわれた。地球の自転により、振り子の振動面は緯度に応じた速さで回転した。パリの緯度では、1時間に時計回りに11度という値が予測され、それが実際に観測された。フーコーの振り子は現在、世界中の博物館で振動し続けている。

タイトル: 章動
章動(しょうどう、英: nutation)とは、物体の回転運動において、歳差運動をする回転軸の動きの短周期で微小な成分をさす。ここでは、地球における章動について記述する。地球は、南極と北極を結ぶ極軸(自転軸)を中心に自転している。地球は完全な球形ではなく南北に潰れた回転楕円体であるため、地球の公転軌道面(黄道面)に近い方向にある太陽や月、惑星からの引力が潮汐力として働き、極軸の傾斜を起こそうとするトルクが働く。歳差と章動は、このトルクによって引き起こされるものであり、太陽や月、惑星が位置を変えていくことによって起こる短い周期で複雑な変動を章動と呼んでいる。地球の章動のうち、最も大きな成分は18.6年周期の変動でおよそ9秒に相当し、章動定数と呼ばれている。これは月の軌道面と黄道の交点である平均昇交点が、歳差によって黄道上を一周する周期に等しい。

タイトル: 公転周期
公転周期(こうてんしゅうき、英語: orbital period)とは、ある天体(母天体)の周囲を公転する天体が、母天体を1公転するのに要する時間のこと。日本語では軌道周期とも呼ばれる。太陽の周囲を公転する天体や月の場合、目的によって以下のように定義の異なるいくつかの周期が用いられる。

タイトル: 地球の太陽面通過 (海王星)
海王星における地球の太陽面通過(ちきゅうのたいようめんつうか)とは、海王星と太陽のちょうど間に地球が入り、太陽面を通過する天文現象である。

タイトル: 潮汐
月と地球とは、両者の重心を結ぶ直線上の一点を中心として互いに回転運動をしている。この共通重心は、地球の重心から約4,600kmの位置、すなわち地球の内部にある。自転を考えない場合、共通重心まわりの運動を地球の極の方から見た右図で考えると、公転運動の際に図中の地球の下側の部分は常に下側の位置を変えず、他の部分も向きは変わらない。この運動による回転速度は地球上のどの点でも等しくなっている。よって、この運動によって生じる遠心力も、地球上のどこでも同じ大きさとなっている。 公転に連動して自転する座標系で考えると、月の直下では遠心力が弱く、反対側では遠心力が強くなり、地球から外向きの力が生まれているように見える。しかしこの力は常に外向きである。つまり、自転による遠心力そのものにすぎない。自転による遠心力も、見かけの重力場の差分に起因する広い意味での潮汐力だとも言えるが、時刻によらず常に外向きである。

タイトル: 運動 (物理学)
アリストテレスはまた、大地は球形であり宇宙の中心で静止していると考えた(地球中心説)。落体の観察から、地上の物質は鉛直方向に自然的運動をする。もし地球が自転ないし公転していたとすると、地球の運動を強制する動作主が必要となり、また地上の物体が必ず鉛直方向に落下することが説明できない。アリストテレスの運動論では天体と地上の物体は異なる運動法則に従うとし、両者を統一的に扱わなかった。地上での重力は物体そのものの性質と地球中心説によって説明できたが、天体に重力が及ぼされるとは考えなかった。天体の運動モデルとして、アリストテレスは地球を中心とする天球が一定の向きと速度で回転するモデルを採用した(エウドクソスの同心球モデル)。同心球モデルでは地球と天球上の天体の距離は常に等しいため、地球と惑星と太陽の位置関係による現象、惑星の満ち欠けや明るさの変化を説明できなかった。

タイトル: 地軸
地球は太陽の周りを回る公転の他に、自らが公転軌道上で独楽の如く回転する自転運動をしている。この二つの回転運動はそれぞれの公転面(黄道面)と自転面(赤道面)もしくは公転軸と自転軸との関わりで捉えられる。自転軸が公転軸と平行であれば公転面と赤道面が同一面となり、地軸(地球の自転軸)は公転面に対して垂直(90度)である。地球の場合は自転軸は公転軸より約23.4度傾いており、地軸と公転面の角度は約66.5度となっている。地軸の傾きが日常生活に最も関連するのは季節の移り変わりだろう。地軸が傾いていることから、例として北半球では夏季に日が高く昇り、昼の時間が長く、冬季には日が低く、昼が短い。単位面積当たりの太陽エネルギーの照射量と日照時間とが変化することで、季節が生じる。北緯23.43度(23度26分)を走る北回帰線上では、1年に1度、夏至に太陽の南中高度が90度になる。

タイトル: ティコ・ブラーエ
従ってティコは、地球は「動き難い」物体("lazy" body)であり、たやすく移動させられないものであると主張した。ティコは日々太陽や星々が昇りそして沈むことはコペルニクスが主張するように地球の自転によって説明することも可能であると認めていたが、なおこのような高速の運動を、極めて重く、密度が高く、不透明である地球に帰属させることはできない。それは空そのものの動きに由来するのである。その形状、精緻さ、そして不変性は、永続的かつ高速の運動により適うものである。としていた。 星に関する事項について、ティコはまた、もし地球が太陽の周りを周回しているならば、半年間の間に地球の位置変化によって恒星に対する角度が変化し、年周視差が観測可能なはずだと考えた(この年周視差は実際に存在する。しかし、それはあまりにも小さく、1838年にフリードリヒ・ベッセルがはくちょう座61番星に0.

タイトル: 年周視差
年周視差による天体の見かけ上の運動は天球上の天体の黄緯によって異なる。黄緯±90度(黄道極)付近においては円運動をするように見える。黄緯が小さくなるにつれて黄緯方向を長軸とする楕円運動になり、黄緯0度(黄道上)では直線上を往復する運動となる。年周視差の大きさは楕円運動の長軸の長さの半分の角距離で表す。年周視差の大きさは地球からの天体の距離に反比例して小さくなる。そのため年周視差が測定できれば、地球からその天体までの距離を三角測量で知ることができる。地球からの天体の距離が3.26光年にある時、年周視差はちょうど1秒となる。天体の距離を表す単位であるパーセク (parsec) はこれに由来する。地動説に基づいて古くからその存在が予言されていたが、年周視差の大きさは非常に小さいためにその観測は非常に困難であった。もっとも地球に近い恒星であるケンタウルス座α星でも年周視差はわずか0.76秒である。

タイトル: 馬蹄形軌道
馬蹄形軌道 (ばていけいきどう、horseshoe orbit) は、大きい天体 (例えば地球など) に近い軌道を公転する小さい天体がとる共軌道運動の1種である。小さい方の天体の軌道周期は大きい天体の軌道周期とほぼ同じであり、大きい天体の回転座標系から見ると小さい天体の経路は馬蹄のような形状をとることからこのように呼ばれている。なお、馬蹄型軌道や馬蹄軌道と表記される場合もある。軌道力学の観点から見ると、この状態は 1:1 の平均運動共鳴を起こしている状態の1種である。地球に近い軌道を公転する小惑星の運動を太陽-地球を基準とした回転座標系から見た場合、小惑星は右のアニメーションの様な軌道をとる。小惑星に軌道傾斜角があるため、小惑星は地球から見て上下方向にループした運動をする。

タイトル: 順行・逆行
これを赤道傾斜角と自転周期で表すと、傾斜角82°で自転周期-17時間の逆行自転をしている、もしくは傾斜角98°で周期+17時間の順行自転をしている、と表される。現在の推定では、天王星は元々は普通の赤道傾斜角を持ち順行自転をしていたものが、初期の段階で大規模な天体衝突によって自転軸が倒されたと考えられているため、後者の表現が用いられることが多い(なお、天王星の衛星の公転方向は天王星本体の自転に対する方向で表されるため、衛星の順行・逆行の記述は天王星の自転をどう表現するかにはよらない)。一方、逆行自転している金星の場合は赤道傾斜角は3°未満で、243日という非常にゆっくりとした自転周期を持つ。

タイトル: 地球
1太陽年や1恒星年を表現するのに用いられる1日は、太陽系天体の位置計算における時刻引数として使用される力学時(Dynamical Time)における1日であるが、1平均太陽日と考えても特に問題はない。平均太陽日は、6億年前には約22時間相当であり、その時点での1年は約400日相当であったと推測されている。また、地球誕生直後の1年は2000日相当と推測されている。このようにかつて早かった自転速度は徐々に遅くなっている。これは、月や太陽の引力によって起こる潮汐作用で動く海水が自転運動よりも遅く、摩擦抵抗として作用するためである。10億年後には地球自転は31時間になると試算されている。ただし、短期的(50年 - 100年程度という意味)には必ずしも長くなっているわけではなく、この30年間では短くなっている。地球の自転と一日の長さ(LOD)の詳細については、「地球の自転」・閏秒を参照のこと。

タイトル: 2020 HS7
07等級という非常に小さな自転による光度の変動が見られたが、これは 2020 HS7 がほぼ球状の形になっている、または観測時は地球に対してほぼ自転軸を向けていたためと考えられている。

タイトル: 従円と周転円
その一方、やや後のティコ・ブラーエは、彗星の軌道の観測から、この原則が破綻していることを確信し、自らの理論では躊躇なく火星と太陽の天球を交錯させている。この発見を受けて、それ以降の天動説では天球を液体とする説が現れるようになった。ただし、インドに於いては、円を天球として実体化することはされず、例えば円の半径が回転しながら変化する理論なども考えられた。

タイトル: 白道
白道は黄道に対して18.6年周期で回転するので、天の赤道や天の北極と比べて短期間で変化するが、黄道に対する傾斜角がほぼ一定なので、黄道の南北6度ほどの範囲に限られる。この範囲にある恒星は月による掩蔽(星食)が起こるので、詳しい観測の対象となる。

タイトル: 運動 (物理学)
また、惑星の逆行や留を説明するために複数の天球を導入しなければならなかった。 より観測事実に即したモデルとして、ペルガのアポロニウスやヒッパルコス、クラウディオス・プトレマイオスらによって従円と周転円や離心円とエカントが導入されたが、周転円の中心や離心円モデルにおける従円の中心およびエカントの位置はいずれも地球や他の天体の中心とは一致せず、アリストテレス的な自然哲学とは整合しなかった。ヨハネス・ケプラーはティコ・ブラーエの観測結果に基づいてケプラーの法則を見出した。ケプラーは自身のケプラーの法則を説明する物理的な考察を与えた。アリストテレスは前提なしに天体は等速円運動するとしたが、ケプラーは太陽から放射される力によって地球を含む他の天体が輸送されるとした。またケプラーは、太陽から及ぼされる力について磁力のようなものを想定したが、軌道の接線方向に働くとした。