中学校理科 第2分野/地球と宇宙

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地球の地軸の傾きと季節[編集]

(※ ここに、地軸と季節の関係図を追加してください。)

地球の地軸は、軌道面に対して、傾いています。

地球に季節があるのは、このためです。

北半球が夏になる時期は、北半球側が太陽に近くなっているからです。また北半球が冬になる時期は、北半球側が太陽から遠くなっているからです。

地動説と慣性(かんせい)[編集]

地球は動いているのに、私たちは、ふりおとされたりしませんし、宇宙に放り出されたりしません。

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)があるからです。すべての物は、おたがいに引き付けあってます。そして、地球も物体ですから、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。


地球と宇宙[編集]

太陽[編集]

※注意 太陽を直接、見ては、いけません。目を痛めます。
※注意 太陽を直接、望遠鏡で、のぞいても、いけません。目を痛めます。
※注意 このウィキブックスを参考にしての、太陽の観察・実験は、しないでください。太陽の観察に失敗されて、万が一、目などを負傷されても、ウィキブックス一同は一切、責任を負いません。ページ末の免責事項をお読みください。
どうしても観察を行いたい場合は、学校の教科書や、市販の参考書を手本にして、観察を行ってください。

太陽の大きさは、太陽の直径が、地球の直径の約109倍です。太陽の直径は約140万kmです。

でも、地球上からの見え方では、太陽は小さく見えますね。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ですね。

これは、太陽が、とても遠くに離れているから、そう見えるのです。

地球から月までの距離は、約38万kmですが、地球から太陽までの距離は 約1億5000万km も、あります。地球から太陽までの距離は、地球から月までの距離の約400倍です。

また、太陽の体積は、地球の体積の130万倍です。 109×109×109 = 1295029 ≒ 1300000 です。

太陽の表面の温度は 6000℃ です。 内部にいくほど、温度は高くなり、太陽の中心部の温度は およそ1500万℃ と言われてます。


地球から太陽までの距離は約1億5000万kmも、あります。とても遠いので、太陽から出た光が、地球にとどくまでに、8分、かかります。

私たちが地上で見る太陽の光は、じつは8分前に太陽からでた光なのです。

太陽の構造:
1. 太陽核
2. 放射層
3. 対流層
4. 光球
5. 彩層
6. コロナ
7. 太陽黒点
8. 粒状斑
9. 紅炎

太陽の質量は、地球の約33万倍です。


  • 黒点(こくてん)
黒点

太陽を観測(かんそく)した写真(しゃしん)をよくみると、表面(ひょうめん)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℃ 〜 5000℃ 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ます。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、とされています。

  • 太陽の中心

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、かわります。 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します。

中心部の温度は、理論上、約1600万度だと言われている。


  • 光球(こうきゅう)

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) といいます。 太陽の表面温度が 6000℃ というのは、この光球の温度が 6000℃ だと言うことです。

  • 彩層(さいそう)

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、いいます。

  • プロミネンス
プロミネンス(紅炎)

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。

  • コロナ
皆既日食(かいきにっしょく)では、光球が完全に隠れたときに、白く輝くコロナを見ることができる。

彩層の外がわには、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るのですが、とてもうすいので、ふだんは、まったく見えません。 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、ふだんは気づきません。 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ません。

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ので、コロナが白く輝く様子が見えます。


月の運動と満ち欠け[編集]

月のクレーター。

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 (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(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。

星の種類[編集]

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。

惑星[編集]

太陽系。わかりやすく、惑星どうしをちかづけて書いてある。じっさいの天体どうしは、とても、はなれている。

太陽のまわりを回っている惑星は、地球の他にも、あります。太陽から近い順に惑星を書くと、

水星(すいせい)、 金星(きんせい)、 地球(ちきゅう)、 火星(かせい)、 木星(もくせい)、 土星(どせい)、 天王星(てんのうせい) 、海王星(かいおうせい)

です。太陽のまわりをまわる惑星の数は、以上の8個です。


冥王星(めいおうせい)は、惑星(わくせい)ではなく、準惑星(じゅんわくせい)です。

月は、惑星では、ありません。月は、地球の衛星です。

太陽と、太陽のまわりを回る、水星から海王星までなどの惑星などは、太陽系(たいようけい)という星の集団(しゅうだん)です。

太陽のまわりをまわる惑星や、その惑星のまわりをまわる衛星、付近の小惑星や すい星(すいせい、彗星) などを、まとめて、太陽系(たいようけい)と言います。


星と銀河[編集]

銀河系(ぎんがけい)の想像図(そうぞうず)

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。

  • アンドロメダ銀河
アンドロメダ銀河

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。

星の明るさ[編集]

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。

星の動き[編集]

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。

24 × 15 = 360

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。

北の空の星座[編集]

北斗七星(ほくと しちせい)
カシオペヤ座。「W」のような形をしている5個の星が、カシオペヤ座。

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。

ひしゃく

そして、カシオペヤ座は、5個の星が「W」のような形で、ならんでいる星座です。

ま北の方角に、北極星があります。これは、時間がたっても、何日たっても、北極星は、いつも同じ位置に見えます。なので、方角を知るときに北極星は大切な星です。 北極星の、まわりの星は、北極星を中心に動いて見えます。けっして、実際に北極星の周りを他の星が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ので、地球から見た場合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、一年中を通して、日本から、夜に見ることができます。


北極星は、2等星なので、さがしづらいかもしれません。かわりに、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多いです。 北極星とカシオペヤ座の、だいたい、あいだに、北極星があります。


なお、北斗七星は星座ではなく、おおぐま座の一部です。 北極星は、星座ではなく、こぐま座の一部です。こぐま座の、しっぽの先が北極星になっています。 北極星は、一年中、見えるのですから、こぐま座もしっぽの先と、その近くは、一年中、見えるのです。


毎日、同じ時刻に、星座の位置を測ると、星座の位置は、1ヶ月で約30度ほど北極星を中心にまわって変化しています。1年間は12ヶ月なので、 12×30=360° というわけです。1日あたり、約1度、変化しています。

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(ねんしゅう うんどう) といいます。

星座早見[編集]

星座早見

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。


天体の動きと地球の自転・公転[編集]

太陽・星の日周運動と地球の自転[編集]

星の年周運動と地球の公転[編集]

太陽の日周運動と地球の公転[編集]

太陽系と惑星[編集]

太陽系の天体[編集]

太陽系。わかりやすく、惑星どうしをちかづけて書いてある。じっさいの天体どうしは、とても、はなれている。

太陽のまわりを回っている惑星は、地球の他にも、あります。太陽から近い順に惑星を書くと、

水星(すいせい)、 金星(きんせい)、 地球(ちきゅう)、 火星(かせい)、 木星(もくせい)、 土星(どせい)、 天王星(てんのうせい) 、海王星(かいおうせい)

です。太陽のまわりをまわる惑星の数は、以上の8個です。


冥王星(めいおうせい)は、惑星(わくせい)ではなく、準惑星(じゅんわくせい)です。

月は、惑星では、ありません。月は、地球の衛星です。

太陽と、太陽のまわりを回る、水星から海王星までなどの惑星などは、太陽系(たいようけい)という星の集団(しゅうだん)です。

太陽のまわりをまわる惑星や、その惑星のまわりをまわる衛星、付近の小惑星や すい星(すいせい、彗星) などを、まとめて、太陽系(たいようけい)と言います。


惑星は、光を出していません。惑星は、恒星ではありません。夜空で金星など惑星が輝いて見えるのは、太陽からの光の反射です。

  • 衛星(えいせい)

惑星のまわりを公転している天体を、衛星(えいせい)といいます。月は、地球の衛星です。木星の衛星には、イオ、エウロパ、ガニメデ、カリストがある。土星の衛星にはタイタンがある。


  • 小惑星(しょうわくせい)

おもに、火星と木星の間の軌道で、太陽のまわりを公転している、小さな天体が、いくつもある。この天体を小惑星と言う。おもに岩石で出来ている。


  • すい星(すいせい、彗星)


金星の動き[編集]

金星の観測モデル。満ち欠けがない外合時に観測上の視直径は最小となり、地球に最も近づく内合時(の直前)に視直径が最大となる。

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。

彗星[編集]

彗星の運動と尾の方向の関係
太陽に接近すると尾が生じる。イオンの尾はほぼ常に太陽と逆の方向を向いているが、塵の尾は曲線状になる

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

  • 彗星は主に氷と塵(ちり)でできているので、汚れた雪玉と表現されることがあります。
  • 岩石やチリでできたものとガスでできたものの2つの尾があります。
  • 彗星の尾は常に太陽の逆にあります。
ハレー彗星

彗星って何?[編集]

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。

見た目は?[編集]

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。

空で彗星を眺めるには[編集]

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。

  1. 空のどのあたりにあるか見つけましょう
  2. 大彗星の多くは望遠鏡でも見れないことが多いので、いすを用意して望遠鏡や双眼鏡を用意しましょう。
  3. 両親に公園など街の灯が少ない場所に連れていってもらいましょう。
  4. 夜空を眺めて絶景を堪能(たんのう)しましょう。

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。

どのくらいの彗星があるの?[編集]

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。

どのように名付けられるの?[編集]

エドモンド・ハレー氏

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。

歴史上の有名な彗星は?[編集]

  • ハレー彗星は初めて発見された最も有名な彗星です。
  • エンケ彗星は2番目に発見された彗星です。
  • シューメーカー・レヴィ第9彗星は初めて太陽系の惑星に衝突したことが確認された彗星です。

彗星は不幸を招くの?[編集]

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。