「太陽が東から西へ動くのは分かるけど、星はどっちに動くんだっけ…？」
「透明半球の問題になると、急に何を聞かれているのか分からなくなる…」
- 日周運動とは何かを、一言で説明できるようになりたい
- 太陽と星の動く向きを、まとめて覚えたい
- 透明半球の記録や、星の写真の問題で点を取りたい
こういう人に向けて書きました。
結論からいうと、日周運動とは、地球が1日に1回自転しているために、太陽や星が1日で東から西へ動いて見える現象です。
動く速さは、太陽も星も1時間に約15°です。
日周運動とは
日周運動とは、太陽や星が、1日（24時間）かけて空を回るように見える動きのことです。
実際に動いているのは太陽や星ではなく、私たちが乗っている地球のほうです。
地球は、地軸（北極と南極を結ぶ軸）を中心に、1日に1回、西から東へ自転しています。
そのため、地球から空を見ていると、太陽や星が反対向きの東から西へ動いているように見えます。
電車に乗っているとき、窓の外の景色が反対向きに流れて見えるのと同じです。
1時間に15°動く理由
地球は24時間で1回転（360°）します。
1時間あたりでは、360°÷24時間＝15°です。
だから、太陽や星は、1時間に15°ずつ動いて見えます。
この「15°」は、日周運動の計算問題で何度も使います。
- 2時間なら 15°×2＝30°
- 3時間なら 15°×3＝45°
- 6時間なら 15°×6＝90°
太陽の日周運動と透明半球
太陽の動きは、透明半球を使って記録します。
透明半球は、空（天球）を半分に切った形を、そのまま小さくしたものです。
半球の中心Oが観測者のいる位置、半球の表面が空だと考えます。
上の図は、透明半球に1時間ごとの太陽の位置を記録したものです。
点は東の日の出の位置から始まり、南の空でいちばん高くなり、西の日の入りの位置へ続いています。
いちばん高くなったとき（南中したとき）の角度が、南中高度です。
透明半球での記録のしかた
- 画用紙の上に透明半球を置き、ふちに沿って円をかく。円の中心をOとし、東西南北を書いておく
- ペンの先の影が、円の中心Oと重なる位置に印（●）をつける。そのとき、時刻も書いておく
- これを1時間ごとにくり返す
- 印をなめらかな曲線で結び、半球のふちまでのばす
- 曲線に紙テープをあて、印と時刻を写しとる
ペンの先の影を中心Oに合わせるのは、観測者の目の位置（O）から太陽を見たときの方向を、半球の表面に写すためです。
記録から分かること
- 印の間隔は、どの時間帯でもほぼ等しい（太陽の動く速さは一定）
- 太陽は東から南の空を通って西へ動く
- いちばん高い位置が南中で、そのとき太陽は真南にある
- 昼の長さは、日の出から日の入りまでの紙テープの長さで分かる
1時間ごとの間隔が等しいことは、紙テープの印を見ると確かめられます。
印の間隔がどこも同じなので、太陽は同じ速さで動いていると分かります。
季節で通り道は変わる
太陽の通り道は、季節によって変わります。
春分・秋分の日は、ほぼ真東から出て真西に沈みます。
夏至のころは、真東より北寄りから出て北寄りに沈み、通り道が長く、南中高度が高くなります。
冬至のころは、真東より南寄りから出て南寄りに沈み、通り道が短く、南中高度が低くなります。
南中高度の求め方は、南中高度の記事で解説しています。
星の日周運動
星も太陽と同じ向きに、同じ速さで動きます。
星は、見る方角によって動き方が違って見えます。
上の図は、東・南・西・北の空に見える星の動きを、地球儀のように表した球と一緒に示したものです。
それぞれの空の星の動きは、次のようになります。
| 見る方角 | 星の動き方 |
|---|---|
| 東の空 | 地平線から、右上へ斜めにのぼっていく |
| 南の空 | 左（東）から右（西）へ、横に動く |
| 西の空 | 右下へ斜めに沈んでいく |
| 北の空 | 北極星を中心に、反時計回りに回る |
どの方角を向いて見るかで、星の動きは変わります。
ただし、地球の自転で星が動いて見える向きと速さは、どれも同じです。
北の空だけ円をえがく理由
北極星は、地軸をのばした先（北極点の真上あたり）にあります。
地球が地軸を中心に回るので、地軸の先にある北極星は、ほとんど動かないように見えます。
その周りの星は、北極星を中心にして回ります。
北極星の近くにある星ほど、小さな円をえがきます。
また、一定の時間にえがく弧の長さは、北極星に近いほど短くなります。
星の動きから時間を求める
北の空の星が、北極星を中心にえがく弧の中心角を測ると、観測した時間が分かります。
中心角が15°なら1時間、30°なら2時間です。
【例題】北の空の星を3時間観測した。
星が北極星を中心に動いた角度は何度か。
星は1時間に15°動くので、15°×3＝45°です。
答えは45°になります。
よくある間違い
太陽や星が動いていると思ってしまう
日周運動は「見かけの動き」です。
実際に動いているのは地球で、地球が西から東へ自転しているために、太陽や星が東から西へ動いて見えます。
記述問題では、「地球が自転しているから」と、地球を主語にして書きましょう。
地球の自転の向きと、太陽の動く向きを逆にする
地球の自転は「西から東」、太陽や星の見かけの動きは「東から西」です。
2つは必ず逆向きになります。
「自転は西から東、見かけの動きは東から西」と、セットで覚えておきましょう。
北の空の回る向きを間違える
北の空の星は、反時計回りに回ります。
北極星に向かって見たとき、時計の針と逆向きに回ると覚えます。
時計回りと答えてしまう間違いは、よくあります。
透明半球で、ペンの先の影を中心Oに合わせない
印をつけるときは、ペンの先の影が円の中心Oに重なる位置にします。
ペンの先を半球に当てただけだと、方向がずれてしまい、正しい太陽の位置になりません。
入試ではこう出る
日周運動は、次の3つの形で出ることが多いです。
- 透明半球の記録をもとに、日の出・日の入りの時刻や昼の長さを、紙テープの長さから計算する
- 北の空・東の空など、星の動きを写した図を見て、方角や星の動く向きを答える
- 日周運動が起こる理由を、「地球」「自転」という言葉を使って説明する
2つ目の形では、次のような図が使われます。
図1は、北の空に見える星の動きです。
図2は、斜めに動く星の動きです。
図1のように中心のまわりで円をえがく図は北の空、図2のように斜めの線が並ぶ図は東や西の空だと見分けます。
図2の線が右上へ向かうなら東の空、右下へ向かうなら西の空です。
方角が決まれば、星が動く向きも決まります。
練習問題
【問1】日周運動が起こる理由を、「地球」「自転」という言葉を使って説明しなさい。
【問2】日周運動で、太陽や星が1時間に動いて見える角度は何度か。
また、その角度になる理由を、地球が1回転する時間をもとに説明しなさい。
【問3】南の空と北の空で、星はそれぞれどのように動いて見えるか。
次のア〜エから1つずつ選びなさい。
- ア 東から西へ、横に動く
- イ 西から東へ、横に動く
- ウ 北極星を中心に、時計回りに回る
- エ 北極星を中心に、反時計回りに回る
【問4】透明半球で太陽の動きを記録した。
1時間ごとの印の間隔は2.0cmで、日の出の位置から日の入りの位置まで紙テープで測ると28.0cmだった。
このとき、(1)昼の長さは何時間か。
(2)日の出が午前5時のとき、日の入りは何時か。
【問5】北の空の星を3時間観測した。
星が北極星を中心に動いた角度は何度か。
また、同じ星が6時間後にいるのは、今の位置から何度動いた位置か。
解答と解説
問1の答え
答え: 地球が地軸を中心に、1日に1回、西から東へ自転しているから。
考え方: 太陽や星は実際には動いておらず、地球が自転しているために、東から西へ動いて見えます。
問2の答え
答え: 15°
考え方: 地球は24時間で1回転（360°）します。
式: 360°÷24時間＝15°／時間
1時間に15°ずつ動いて見える、と書けば正解です。
問3の答え
答え: 南の空はア、北の空はエ
考え方: 南の空では、星は東（左）から西（右）へ横に動きます。
北の空では、星は北極星を中心に反時計回りに回ります。
イは動く向きが逆、ウは回る向きが逆なので、どちらも誤りです。
問4の答え
答え: (1) 14時間 (2) 午後7時（19時）
考え方: 1時間の間隔が2.0cmなので、28.0cmは何時間ぶんかを求めます。
式(1): 28.0÷2.0＝14（時間）
式(2): 日の出が5時で、昼の長さが14時間なので、5時＋14時間＝19時です。
午後7時と答えても、19時と答えても正解です。
問5の答え
答え: 3時間で45°、6時間で90°
考え方: 星は1時間に15°動きます。
式: 15°×3＝45°
6時間後の位置は、15°×6＝90°です。
まとめ
- 日周運動は、地球の自転による太陽や星の見かけの動き
- 地球の自転は西から東、太陽や星の見かけの動きは東から西
- 動く速さは1時間に15°（360°÷24時間）
- 透明半球の印は等間隔で、紙テープの長さから昼の長さを求められる
- 東の空は右上へ、南の空は左から右へ、西の空は右下へ、北の空は北極星を中心に反時計回り
日周運動は、「地球が自転している」というひと言から、全部が説明できます。
まずは、自転の向きと、見かけの動きの向きを、セットで覚えるところから始めてください。
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高校受験ラボ・進学塾リードアップ代表の山田優輔です！
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