写真:宇宙から見た星の軌跡(NASA/パブリックドメイン)

中学理科 / 地学

星の動きと天球

星は本当に動いているのか。1日の動き、1年の動き、そして太陽の高さ。 ぜんぶ「地球が回っている」の一言でつながります。

ねらい

  • 星が動いて見える理由を地球の自転で説明できる
  • 天球・天頂・子午線・南中の意味を言える
  • 方位(東西南北)と空の見え方を対応づけられる

この面で使う言葉

天球
空を、自分を中心とした大きな球の内側と考えたもの
天頂
自分の真上の点
子午線
天頂を通り、真北と真南を結ぶ線
南中
天体が真南に来て、いちばん高くなること
自転
地球が1日に1回、西から東へ回ること

星は動いていない。回っているのは自分

星が東から西へ動いて見えるのは、地球が西から東へ回っているからです。 電車の窓から見る景色が後ろへ流れるのと同じで、動いているのはこちら側です。

天球のイメージ

地平線子午線天頂観測者西北(奥)南(手前)

空を「自分を中心とした大きな球の内側」と考えると、位置を言い表しやすくなります。 真上が天頂、天頂を通って北と南を結ぶ線が子午線。天体がこの線に来ることを南中といいます。

押さえどころ

  • 星が動いて見えるのは地球の自転のため
  • 地球は西から東へ回るので、星は東から西へ動いて見える
  • 天頂=真上/子午線=天頂を通る南北の線/南中=真南に来ること
自分の資料を差し込む教科書の天球の図、授業プリント

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用語意味
天球空を、自分を中心とした大きな球の内側と考えたもの
天頂自分の真上の点
子午線天頂を通り、真北と真南を結ぶ線
南中天体が真南に来て、いちばん高くなること
自転地球が1日に1回、西から東へ回ること

ねらい

  • 1時間で15°動くことを、計算の根拠つきで言える
  • 南の空と北の空で、見え方がどう違うか説明できる
  • 北極星がほとんど動かない理由を言える

この面で使う言葉

日周運動
地球の自転によって、天体が1日で1回りして見える動き
北極星
地軸のほぼ延長線上にあるため、ほとんど動かない星
1時間15°
360°÷24時間。星が1時間に動く角度

1日の動き(日周運動)

1日で1回り、つまり24時間で360°。だから1時間では 360 ÷ 24 = 15°です。この数字さえ持っていれば、時刻と角度を行き来できます。

南の空 — 東から南を通って西へ

18時21時0時3時6時東 → 南 → 西 (1時間に15°)西

北の空は回り方が違う

北の空では、星は沈まずに北極星のまわりを反時計回りに回ります。 北極星は地軸のほぼ延長線上にあるため、ほとんど動きません。

北の空 — 北極星が中心

北極星0時間後3時間後6時間後反時計回り(1時間に15°)北の空

北極星の高度は、その土地の緯度と同じになります。北へ行くほど高く見えます。

押さえどころ

  • 1時間に15°(360°÷24時間)
  • 南の空:東 → 南 → 西/北の空:北極星を中心に反時計回り
  • 北極星の高度=その土地の緯度
自分の資料を差し込む星の動きの観察記録、写真

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用語意味
日周運動自転によって、天体が1日で1回りして見える動き
15°星が1時間に動く角度(360°÷24時間)
北極星地軸の延長上にあり、ほとんど動かない星
緯度北極星の高度と等しくなる値

ねらい

  • 同じ時刻の星が1か月で30°ずれることを、根拠つきで言える
  • 季節によって見える星座が変わる理由を説明できる
  • 真夜中に南中する星座の位置を言える

この面で使う言葉

年周運動
公転によって、同じ時刻に見える星の位置が少しずつずれる動き
公転
地球が1年かけて太陽のまわりを回ること
1か月30°
360°÷12か月。同じ時刻の星がずれる角度

1年の動き(年周運動)

地球は1年かけて太陽のまわりを回ります。そのため同じ時刻に見える星の位置が、 少しずつ西へずれていきます。1年で360°なので、360 ÷ 12 = 30°。1日ではおよそ1°です。

季節の星座が変わる理由

真夜中は、太陽と反対の方を向いています。だから太陽の反対側にある星座が 真南に見えます。地球が動けば「反対側」も変わるので、季節ごとに見える星座が入れかわります。

公転と、真夜中に南中する星座

太陽地球おとめ座地球いて座地球うお座地球ふたご座真夜中に南に見えるのは、太陽の反対側にある星座

逆に、太陽と同じ方向にある星座は、昼の空にあるため見えません。

押さえどころ

  • 同じ時刻の星は、1か月で約30°西へ(1日では約1°)
  • 原因は公転(日周運動の原因は自転。混同しやすい)
  • 真夜中に南に見えるのは、太陽の反対側にある星座
自分の資料を差し込む季節の星座の図、資料集のページ

覚えているか — この面の言葉

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用語意味
年周運動公転によって、同じ時刻の星の位置がずれていく動き
公転地球が1年かけて太陽のまわりを回ること
30°同じ時刻の星が1か月でずれる角度
太陽の反対側真夜中に南中する星座がある方向

ねらい

  • 南中高度を式で求められる(春分秋分=90−緯度)
  • 夏至と冬至で±23.4°になる理由を、地軸の傾きで説明できる
  • 南中高度と季節・気温のつながりを言える

この面で使う言葉

南中高度
天体が真南に来たときの、地平線からの角度
地軸の傾き
公転面に対して23.4°傾いていること
夏至
南中高度が最も高くなる日
冬至
南中高度が最も低くなる日

太陽の高さは、式で出せる

地軸が23.4°傾いているため、季節で太陽の高さが変わります。 北緯35°の地点なら、次のとおりです。

時期南中高度
春分・秋分90 − 緯度55°
夏至90 − 緯度 + 23.478.4°
冬至90 − 緯度 − 23.431.6°

季節ごとの南中高度(北緯35°)

観測者夏至 78.4°春分・秋分 55°冬至 31.6°北緯35°のとき(南中高度=真南に来たときの高さ)

高いほど、同じ面積の地面が受け取る日光が強くなります。夏が暑いのは、 気温の変化が太陽の高さと日照時間で決まるためです。

押さえどころ

  • 春分・秋分の南中高度=90 − 緯度
  • 夏至は+23.4°、冬至は−23.4°(地軸の傾きぶん)
  • 夏至と冬至の差は46.8°(23.4×2)
自分の資料を差し込む観測記録、教科書の図

覚えているか — この面の言葉

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用語意味
南中高度天体が真南に来たときの、地平線からの角度
90−緯度春分・秋分の南中高度を求める式
23.4°地軸の傾き。夏至と冬至でこのぶん上下する
46.8°夏至と冬至の南中高度の差

ねらい

  • 選択問題で、動きと数字を確かめる
  • 間違えたところは前の面へ戻って読み直す

確認テスト

Q1星が東から西へ動いて見えるのは、何が起きているからか。

Q2星は1時間に約何度動いて見えるか。

Q3北の空の星は、何を中心にどちら回りに動いて見えるか。

Q4同じ時刻に見える星の位置は、1か月でどれだけ動くか。

Q5真夜中に南の空に見える星座は、どの位置にあるか。

Q6北緯35°の地点で、春分の日の太陽の南中高度はどれか。

Q7同じ地点で、南中高度が最も高くなるのはいつか。

Q8北極星の高度は、その土地の何と等しいか。

ねらい

  • この面だけで、星の動きを通しで確かめられる
  • 思い出せないところは、その面へ戻って読み直す

全体チェック

この1枚に全部入っています。

① なぜ動くのか

🔍 動いているのは星ではなく、こちら(地球)。
地平線子午線天頂観測者西北(奥)南(手前)
  • 星が東から西へ動いて見えるのは、地球が西から東へ自転しているから
  • 天球=空を、自分を中心とした球の内側と考えたもの
  • 天頂=真上/子午線=天頂を通る南北の線/南中=真南に来ること

② 1日の動き

🔍 24時間で360°。だから1時間で15°。
18時21時0時3時6時東 → 南 → 西 (1時間に15°)西
  • 1時間に 15°(360°÷24時間)
  • 南の空:東 → 南 → 西/北の空:北極星を中心に反時計回り
  • 北極星がほとんど動かないのは、地軸の延長線上にあるから
  • 北極星の高度=その土地の緯度

③ 1年の動き

🔍 1年で360°。だから1か月で30°。
太陽地球おとめ座地球いて座地球うお座地球ふたご座真夜中に南に見えるのは、太陽の反対側にある星座
  • 同じ時刻の星は1か月で 約30°西へ(1日では約1°)
  • 原因は公転。日周運動の原因である自転と混同しやすい
  • 真夜中に南に見えるのは、太陽の反対側にある星座
  • 太陽と同じ方向の星座は、昼の空にあるため見えない

④ 太陽の高さ

🔍 地軸が23.4°傾いているから、季節ができる。
観測者夏至 78.4°春分・秋分 55°冬至 31.6°北緯35°のとき(南中高度=真南に来たときの高さ)
  • 春分・秋分=90 − 緯度(北緯35°なら55°)
  • 夏至=90 − 緯度 +23.4(78.4°)/冬至=90 − 緯度 −23.4(31.6°)
  • 夏至と冬至の差は 46.8°(23.4×2)
  • 高いほど日光が強く当たるので、気温が上がる
図はすべて角度を計算して生成した SVG です。書き込みの道具(note-take.js)だけ外部から読み込み。