中学校理科 第2分野/地球と宇宙

地球などの天体の、北極点と南極点をつなぐ見かけ上の軸を、地軸という。
天体によって異なるが、地球の場合は地軸を約23.4°傾いており、太陽の周りを公転している。
この傾きは常に一定であるために、傾きがあることから、1年間で昼と夜の長さが異なり、季節が生じる。
これは地軸の傾きに関係しており、北半球の場合、夏は北の地軸を太陽に向かっているために、春秋に比べて
長時間日光が当たる。そのために、春秋と比べて気温が高くなる。
また、冬は北の地軸を太陽と逆に向くために、冬はあまり日光が当たる時間がなく、気温も春秋と比べて低くなる。
北半球と南半球の季節が異なるのは、地軸の傾きによって関係している。
地球は約一日で、北極側から見て半時計周りに一回転している。これを自転といい、この回転における軸を地軸とする。
地球は赤道上で、時速約1500キロメートルという高速で回転しているが、私たちは速さを感じず、宇宙に放り出されたりもしない。
これは、どういうことでしょうか?
まず、一つの理由として、万有引力(ばんゆういんりょく)があるからと考えられており、
全ての物は、お互いに引き付けあう。そして、地球も物体なので、他のすべての物を引き付けています。
さて、地球が動いていても、私たちは、地球の動くスピードを感じません。これは、どういうことでしょうか?
それは、たとえば、私たちが電車やバスに乗ってる時、停止状態から動き始めたときにはスピードを感じますが、しばらくするとスピードを感じないのと同じ仕組みなのです。そして、車がブレーキをかけると、今度は反対方向のスピードを感じます。
私たちが感じるスピードとは、じつはスピードの変化(へんか)を、感じているのです。だから、同じスピードで乗り物が動き続けていると、スピードを感じなくなるのです。
中世に地動説を主張した、物理学者のガリレオ(Galileo Galilei/1564-1642)は、「船に乗っている人は、その船の速さを感じない」と例えて、地球が動いていても速度を感じないことを説明しました。
また、船の上で、まっすぐな柱の近くで物を落とすと、船が動いているのに、そのまま、その柱の根元ちかくに落ちます。これは、船といっしょに、船に乗っている人も同じ速度で動いているし、船に乗っている人が持っている物体も同じ速度で動いているからです。
※太陽を観察する時の注意
太陽の大きさは、地球の直径に比べて、太陽の直径は約109倍である。太陽の直径は約140万kmである。
地球上から見た場合、太陽はそこまで大きく見えない。太陽の大きさは、月の直径のおよそ400倍にもなるが、
地球から見える太陽の大きさは、月の大きさと同じくらいに見える。
これは地球と太陽との距離がとてつもなく長いからである。
地球から月までの距離は約38万km、地球から太陽までの距離は約1億5000万kmにもなる。
地球と太陽の距離は、地球と月の距離のおよそ400倍にもなるため、太陽と月は同じくらいの大きさに見える。
体積としての比率を求めるため、13:1093、1:(109×109×109)≒ 1:1300000 となるため、
また、太陽の体積は、地球の体積の約130万倍と考えられる。
太陽の表面の温度は 約6000°C であり、内部ほど温度は高くなり、太陽の中心部の温度はおよそ1500万°Cとも考えられる。
光の進む速度は約300,000km/sであり、地球から太陽までの距離は約1億5000万kmもあるために、
150,000,000÷300,000=500、つまり500秒は約8分なので、
太陽から出た光が、地球に届くまでには約8分もかかる。私たちが地上で見る太陽の光は、約8分前に太陽から放たれた光である。
太陽の質量は、地球の約33万倍です。

太陽を観測した写真をよくみると、表面に黒い しみ のようなものが見える。これを 黒点(こくてん) という。
この黒点は温度が周囲よりも低く、黒点付近の温度が4000°C 〜 5000°C だということが分かっている。
そして、この黒点は、毎日、おなじ方向へ、移動していく。黒点が、太陽の東から西へ移動していく。
これは、太陽が自転をしているからである。太陽が球形のため、黒点の位置が、地球から見た太陽の周縁部に来たとき、黒点は潰れて見える。このことからも、太陽が自転をしていることが分かる。
太陽は固体ではなく、ガス状の物体である。そのため、自転周期が緯度によって違う。太陽の黒点の周期から緯度を調べると、太陽の赤道では、自転周期は約25日である。黒点が東から西へ移動するのに、だいたい12日~13日ていど掛かり、その後、太陽の裏側に12日~13日ほど隠れ、そのあと、再び東側に現れるので、自転周期が約25日だと分かる。
また、太陽上のいくつもの黒点の速さから、太陽が気体であることが分かっている。太陽が固体だとした場合の計算と合わないので、太陽は気体だ、とされている。
太陽の中心は、水素で出来ている。この水素の原子核 H が4個あつまり、核融合(かくゆうごう)をして、ヘリウムの原子核 He に、かわる。 この核融合反応(かくゆうごう はんのう)のときに、とても大きな熱エネルギーが発生する。
中心部の温度は、理論上、約1600万度だと言われている。

太陽の、光って見える表面の部分のことを 光球(こうきゅう) という。 太陽の表面温度が 6000°C というのは、この光球の温度が 6000°C だと言うことだ。
光球のまわりを、気体がとりまいている。これは太陽の大気(たいき)である。この太陽の大気(たいき)の層を 彩層(さいそう) という。
彩層の厚さは数千kmから1万kmにも、およぶ。
彩層は、ふだんは見えないが、日食(にっしょく)の時に、皆既日食(かいき にっしょく)の数秒間だけ見られる場合がある。また、とくべつな望遠鏡で見ることができる。
地球と月と太陽が一直線にならんで、月が太陽の光球を 完全に おおいかくす ことを かいき日食(かいきにっしょく、皆既日食)と、いう。
とくべつな望遠鏡で彩層を見ると、ところどころ、あかい炎(ほのお)が、もえあがっている。 これを プロミネンス という。あるいは 紅炎(こうえん)という。
プロミネンスの高さは数万kmから数十万kmにも、およぶことがある。
彩層の外側には、うすい気体が広がっています。この層を コロナ といいます。コロナには、光球からの光があたっているが、とてもうすいため、普段は全く見えない。 コロナにあたった光は、光球からの強い光に、かきけされてしまい、普段は気づかない。 コロナの明るさは、光球の100万分の1くらいなので、ふだんはコロナには気づけない。
地球と月と太陽が一直線にならんで、月が太陽の光球を 完全に おおいかくす 皆既日食(かいきにっしょく) の時だけ、太陽の光球が隠れるため、コロナが白く輝く様子が見える。

月は、直径が約3500kmです。地球の約4分の1の直径です。地球から月までの距離は、約38万kmです。
月は、地球のまわりを回っています。約1ヶ月かかって、地球のまわりを月が1周します。
月のように、ある天体が、他の天体のまわりを、まわることを、公転(こうてん)と言います。
月の公転周期は、約29.5日です。
月の満ち欠け(みちかけ)の原因も、月の公転によります。月の満ち欠けの周期も、公転周期と同じく、約29.5日です。

月の表面に見える、黒く見える丸い穴をクレーターと言います。でこぼこした、くぼみがあります。 クレーターが出きた理由は、いん石(いんせき、隕石)が衝突(しょうとつ)したからだろう、と考えられています。
月が球形のため、月の周縁部では、クレーターが、つぶれて見えます。
クレーターとはべつに、月の表面の、黒く見えるあたりを 海(うみ) といいます。「海」と言っても、月の海には、水はありません。
そもそも、月には、水がありません。月には、空気も、ありません。月には、大気がありません。
月の表面には、海(黒く見える部分)がいっぱいあるけど、裏には、ほとんどありません。
月の表面の、白く見える部分を陸(りく)と、言います。
月には雲が無いので、地球からは、月の表面が、よく見えます。
夜空で月が明るく見えるのは、太陽からの光を反射しているからです。月そのものは、光を作っていません。太陽のように光を作る惑星を恒星(こうせい)と言います。いっぽう、月は、恒星では、ありません。
月の直径は、約3500kmです。地球の直径と比べた場合、月の直径は、地球の直径の4分の1です。地球の方が大きいです。
月と地球の距離は、約38万kmです。 なお、太陽と地球との距離は、約1億5000万kmであり、月と地球の距離の約400倍です。
月の重力は、地球の重力の約6分の1です。月は、地球よりも小さいので、月の重力も、地球より小さいです。 たとえば、仮に地球上で1000グラムの物の重さを、月で、ばねばかりで、はかったとすると、月では166グラム( ≒ 1000÷6 )くらいの重さになります。
いっぽう、月で、天びんで、重さを はかった場合は、両方の皿の上の物の重さが6分の1になるので、つりあいの結果は、地上と変わりません。
月には、大気がありません。この理由は、月の重力が小さいので、空気を引き止められなかったからだろう、と考えられています。
月は自転しています。月の場合、月の自転周期が、公転周期と同じ周期です。このため、月は、いつも地球に同じ面を見せています。
太陽のように、光を発してる星を、恒星(こうせい)と言います。星座をつくる星も、恒星です。月は、恒星ではありません。地球から見た場合に、月が明るく見えるのは、太陽の光を反射してるからです。
いっぽう、地球のように、その星じたいは、光を発しない星で、太陽のまわりを回っている天体を惑星(わくせい)といいます。
月のように、惑星のまわりを回っている星は、衛星(えいせい、衛星)といいます。
たとえば、月は地球の衛星です。月は、太陽の衛星では、ありません。
月は、地球のまわりを、回っています。このように、星が、星のまわりを回っていることを、公転(こうてん)といいます。
地球そのものも、太陽のまわりを、公転しています。地球が太陽のまわりを1まわりするのに、1年かかります。季節が1年ごとにくりかえす理由は、地球の太陽のまわりの公転です。
太陽系は 銀河系(ぎんがけい) という星の集団の一部にしか、すぎません。つまり、銀河系の中に、太陽系があります。
銀河系の形は、うずをまいた円盤状(えんばんじょう)の形をしていることが分かっています。銀河系の恒星の数は、約1000億個~2000億個もあります。
銀河系の大きさは、とても大きいので、キロメートルだと、不便です。そこで 光年(こうねん) という 距離の単位を使います。
1光年の距離は、そのあいだの距離を移動するのに、光でも1年もかかる長さです。1光年は約9兆5000億kmです。
そして、この光年という単位をつかうと、銀河系の直径は10万光年です。
なお、光の速度は、1秒間に約30万kmである。(地球を7週半するほどの速度に相当する。)
わたしたちの太陽系は、銀河系の中心から、およそ3万光年、はなれた場所です。銀河系の中心は、私たち地球から見て、いて座の方向にあります。
夜空で、数十個から数十万の星があつまって見える場所を 星団(せいだん) とか 星雲(せいうん) とかと、いいます。
星座のアンドロメダ座のそばに見える、いくつもの星があつまったアンドロメダ星雲(アンドロメダせいうん)は、私たちの銀河系とはべつの星です。なので アンドロメダ銀河(アンドロメダぎんが) とも言われます。
星には、いろいろな明るさのものがあります。明るい星から1等星(いっとうせい)、つぎに明るい2等星(にとうせい)、そのつぎに明るい3等星(さんとうせい)、つづけて同じように4等星・5等星・6等星・7等星・8等星,・・・・・と明るさによって分けられています。人間の目では、6等星(ろくとうせい)まで見えます。また星には、いろいろな色のものがあります。白っぽい星や赤っぽい星などです。さそり座のアンタレスは、赤っぽい色の1等星です。
1等星の明るさは、6等星の明るさの、約100倍です。1等星より明るいものは0等星や、-1等星(マイナスいっとうせい)になります。
星座を夜の空に、さがすときは、1等星や0等星などの、明るい星を、手がかりにして、さがすと、さがしやすいと思います。
地球から見た星の見え方は、じつは、時間が立つとともに動きます。 この理由は、地球が自転(じてん)をしているからです。
見ている空の方角によって、どの方向に、どのくらい星が動くかがは違います。北の空の星空では、だいたい1時間に15度くらい、北極星のまわりを、北極星を中心とした円に沿って、回っています。向きは、時計の針(はり)とは、反対向きに、北極星のまわりを回っています。
ところで15度という数字と、一日の長さについて、考えよう。
一日は24時間でしたよね。24時間に15度をかけてみましょう。
答えは、360です。なお、円の角度は360度です。
さきほど説明した、「1時間で、星の動きは15度」というのは、北の空の星空での場合です。
南の空や、東や西の空では、星の、1時間あたりの動きの方向などが、ちがいます。

たとえば、7月7日の午後7時から、さそり座を1時間ごとに観察したとしましょう。午後8時ごろ、東の空に見えるさそり座は、午後10時ごろには南の空を通り、その後、西の空に動きます。星の動きの方向は、太陽の動きの方向と同じです。時間とともに星は動きますが、星の並び方はかわりません。
日本から、北の空を見ると、 北斗七星(ほくと しちせい) と カシオペヤ座 が見える。 北斗七星の形は、「ひしゃく」という水をくむための道具のような形をしています。
また、カシオペヤ座は、5つの星が「W」のような形で並んでいる星座です。
北極星は、北の方角にあります。時間が経っても何日が経っても、北極星はいつでも同じ位置に見えるため、方角を知る際には重要な星です。北極星の周りの星は、北極星を中心に動いて見えます。実際には、他の星が北極星の周りを公転しているわけではなく、地球の自転軸の方向(南北方向)と同じ方向の延長線上に北極星があるため、地球から見た場合には北極星を中心にして他の星が公転しているように見えるのです。
これらの北の空の星は、日本から一年中夜に見ることができます。
北極星は2等星なので、見つけにくいかもしれません。代わりに、北斗七星やカシオペヤ座を利用して北極星を探すことが一般的です。北極星とカシオペヤ座の間には、おおよそ北極星が位置しています。
なお、北斗七星は星座ではなく、おおぐま座の一部であり、北極星は星座ではなく、こぐま座の一部であり、こぐま座のしっぽの先が北極星になっています。こぐま座のしっぽの先とその周辺は一年中見ることができます。
毎日同じ時刻に星座の位置を測定すると、星座の位置は1ヶ月で約30度ほど北極星を中心に回転し、1年間には12ヶ月あり、12×30=360°となります。したがって、1日あたりの変化は約1度となります。このように、同じ時刻に見える星の位置が少しずつ動いていくことを「年周運動」と呼びます。
夜空で星座をさがすのには、 星座早見(せいざ はやみ) という道具が便利です。
地球は自転と公転を行い、この運動によって天体の動きが生じます。地球の自転は、自転軸を中心に西から東に向かって1日1回転します。この自転によって、太陽や星は東から昇り、西へ沈む様子が見られます。
また、地球の公転は、太陽を中心に約1年かけて軌道を周ります。この公転によって、太陽の位置が季節によって変わるのが観察されます。
太陽や星の日周運動は、地球の自転によって生じる現象です。太陽は、地球の自転軸と傾いた面との交点(赤道上の春分点や秋分点など)を中心に、1日1回転するように見えます。
このため、太陽は東から昇り、西へ沈む様子が観察されます。また、夏至や冬至では、太陽の高度が最も高くなったり低くなったりするのが特徴的です。
星の場合も同様に、地球の自転によって日周運動が生じます。星の位置によっては、春分点や秋分点と同様に、特別な位置関係になり、この位置を基準にして星座を区別することがあります。
星の年周運動は、地球の公転によって生じる現象です。地球が太陽を中心に公転するため、観測者の位置から見える星の位置は、季節によって異なります。
例えば、夏の時期には夏の大三角や冬の大三角が観測できるようになります。これは、太陽が黄道上を移動することによって生じる現象です。
太陽の日周運動とは、地球上で見た場合に太陽が東から昇って西に沈むまでの一連の運動のことをいいます。
太陽の位置は、地球上の観測者の位置と日時によって異なります。例えば、春分の日には、太陽は地球の赤道上にあり、昼と夜の長さはほぼ等しくなります。
これに対して、夏至の日には、太陽は地球の北半球の天頂付近にあり、北半球では昼が長くなります。また、冬至の日には、太陽は地球の南半球の天頂付近にあり、南半球では昼が長くなります。
地球の公転と太陽の日周運動が重なり合うことで、季節の変化が起こります。たとえば、北半球の夏至の日には、太陽が北半球の天頂付近にあるため、北半球では夏となります。
一方、南半球では冬至の日に太陽が南半球の天頂付近にあるため、冬となります。
太陽を中心に、水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星、海王星の8つの惑星(惑星)が公転しています。これらの惑星を覚えるために、「水金地火木土天海(冥)」という言葉を使うことがありますが、冥王星(めいおうせい)は今では準惑星に分類されます。
また、月は地球の衛星であり、太陽の周りを公転しているわけではありません。このように、恒星(こうせい)の周りを公転する天体を惑星、惑星の周りを公転する天体を衛星と呼びます。
太陽系には、惑星や衛星、そして小惑星や彗星(すいせい)などがあります。夜空に輝く(かがやく)惑星や月は、太陽に照らされているため見えるので、これらの惑星から見た地球も同じように輝いていると考えることができます。
惑星とは、恒星の周りを公転し、自身も光を発しない天体のことです。太陽系には、水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星、海王星の8つの惑星があります。
これは、惑星を覚えるための助けとなる、水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星、海王星、冥王星の順序を覚えるための呪文のような言葉です。冥王星は現在、準惑星に分類されています。
惑星の周りを公転する天体を衛星と呼びます。例えば、月は地球の衛星であり、木星には、イオ、エウロパ、ガニメデ、カリストなど、約67個の衛星が存在しています。
小惑星とは、おもに火星と木星の間の軌道で、太陽の周りを公転している、数メートルから数百メートルくらいの小さな天体のことを指します。小惑星は主に岩石で構成されています。
彗星とは、太陽系外から飛来し、太陽に接近することで太陽光を反射して輝きを放つ天体のことを指します。彗星は核(かく)と呼ばれる固体物質と、その周りに広がるガスと塵(ちり)から構成されています。
金星は、地球よりも、太陽系の内側にあるので、真夜中には金星は見えない。 金星は、明け方、東の空に見えることから明けの明星、夕方、西の空に見えることから宵の明星といわれる。
彗星(すいせい)は太陽系のひとつで長い尾をひいてかがやく星です。なかには、決まった周期で太陽のまわりをまわるものもあります。また、彗星の本体は『核』(かく)とよばれるよごれた氷のかたまりです。
彗星の事実
チリやガスを含む雪玉で、太陽とカイパーベルトの間を公転しています。太陽系の彗星の公転軌道はとても大きい卵型なので、太陽を1周するのに数十年から数千年をかけます。
望遠鏡を使わずに見ることができる彗星はまれで、見るためには望遠鏡が必要です。
太陽から遠く離れている彗星は、黒い岩石やチリが氷におおわれていますが、太陽に近づくと氷が溶け始め大量の水やガスが放出されます。地球でも彗星やその尾が見られることがありますが、たとえ1本に見えても実際には2本あります。
彗星の多くは数kmから数百kmの大きさですが、その尾は数百kmの長さです。
数百年ごとに見られるめずらしい見事な尾を持つ彗星を大彗星と呼びます。前回は1910年に確認されましたが、再び見るには数百年待たなければなりません。天文学者も大彗星がいつどのようにやってくるかはわかっていません。もし近いうちに彗星が見られると聞いたら、以下のやり方で彗星を見てみましょう。
彗星の尾はぼんやりしていて見えないことが多いですが、尾が地球の大気に触れると燃え上がり、流星群(りゅうせいぐん)が見えるときもあります。
彗星は太陽から遠くはなれて公転軌道で移動しているので、望遠鏡でも確認できず誰も数えられません。ですが、毎年アマチュア天文家が地球に接近した100以上の彗星を発見しています。2005年11月までに2857個確認され、その多くは太陽に衝突したり太陽系外へ飛び去ったりします。
多く発見者にちなんで名付けられます。同時に発見された場合にはヘール・ボップやシューメーカー・レヴィのように連続した名前になります。
昔は天文学の理解が足りなかったことから、いくつかの文明では彗星は王の死や戦争での敗北などの不幸がおとずれるきざしであると関連付けられていました。その一方で、富や食料の増加など幸運を招くきざしと考えた文明もあります。
1910年にハレー彗星が確認された際には「彗星の尾によって地球が汚染される」という騒動が起こったものの、実際には地球の大気に何の影響もありませんでした。

以下は、太陽系の惑星と月と冥王星の名前と、対応する古代ローマ神話またはギリシャ神話の神の名前と、それらがどのような特徴や象徴を持っていたかを簡単に説明したものです(日本語で書きますが英語表記と原語表記も併記します)。
水星は、太陽系の惑星の中で最も小さく、軌道が短いことで知られています。メルクリウス(ヘルメス)は、旅行、商業、不正行為、盗みなどの神であり、素早く動くことを象徴する神でもあります。
金星は、地球から見て明るく美しい星として知られています。ヴィーナス(アフロディーテ)は、愛と美の女神であり、美しさ、愛情、芸術、そして生殖力を象徴しています。
地球は、私たちが住む星です。ガイアは、地球を象徴する女神であり、自然、地球、生命、豊穣を司る女神として崇拝されています。
月は、地球の衛星であり、私たちが日々目にする自然現象のひとつです。セレーネ(ルーナ)は、月を司る女神であり、夜、月、美、そして神秘を象徴しています。
火星は、赤い色が特徴の惑星であり、戦争の神としても知られています。マルス(アレース)は、ローマ神話やギリシャ神話において戦争、暴力、破壊を象徴する神であり、戦いの勇気や力を与える神でもあります。
木星は、太陽系の惑星の中で最も大きく、軌道が広いことで知られています。ユピテル(ゼウス)は、天空や雷を支配する神であり、最高神とされています。また、権力、法律、秩序、そして父性を象徴する神でもあります。
土星は、特徴的な環を持つ惑星として知られています。サトゥルヌス(クロノス)は、時間や収穫を司る神であり、長い時間とともに成長するものを象徴する神でもあります。また、財産や富、農業にも関係する神です。
天王星は、太陽系の惑星の中で最も斜めに軌道を取ることで知られています。ウラノスは、天空や星座を司る神であり、大地や海を生み出した神でもあります。
海王星は、青い色が特徴的な惑星であり、海を象徴しています。ネプトゥーンス(ポセイドン)は、海や地震を支配する神であり、海の生物や漁業、航海にも関係する神です。
冥王星は、太陽系の準惑星であり、かつては惑星とされていました。プルート(ハーデース)は、地下界の王であり、死者の支配者として知られています。また、豊穣や地下の富を象徴する神でもあります。