【中学3年理科】地球の公転と年周運動・時間や方角の計算問題

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中学3年理科。今日は天体の中の「地球の公転」について学習します。地球の自転によって日周運動という見かけの運動が起こったように、地球の公転でも見かけの運動が起こります。この地球の公転によって起こる見かけの運動について見ていきます。さらに、天体の中で計算が必要な日周運動と年周運動に関する問題にも挑戦します。

地球の公転

地球は1年かけて、太陽の周りを回っています。この動きを地球の公転といいます。つまり、地球はその場でコマのように一日に1回転しながら、1年かけて太陽の周りを回転しているのです。下の図をしっかりと頭に入れておいてください。

地球の公転

地球の自転軸である地軸が傾いていることも重要です。次の単元で登場します。

地球の公転のポイント地球の公転の向き:北極側から見ると反時計回り
地球の自転の回転方向と同じになります。
地球の公転の角度1か月で30°
1年で1回転(360°)
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星の年周運動

地球が公転することで、動いていない星座や星が動いていくように見える見かけの運動が生じます。この見かけの運動を年周運動といいます。季節によって見える星座が異なるのはこのためです。地球の公転が原因で起こる見かけの運動ですので、年周運動も公転と同じく1か月で30°になります。

年周運動のポイント年周運動の向き東から西
北の空では北極星を中心に反時計回り
年周運動の角度1か月で30°
1年で1回転(360°)
年周運動の原因地球の公転
地球の公転によって起こる見かけの運動

なぜ年周運動が起こるのか?

なぜ1か月で星座や星が東から西に1か月で30°ずつ動いていくように見えるのかを説明します。まずは下の図を見てください。地球と太陽を北極側から見た図で、地球が太陽の周りを公転している図になります。

年周運動

真夜中にずっと同じ星座や星を観測し続けると、最初は東の空に見えますが、地球が90°公転して3か月が経つと、同じ真夜中に南の空に見えるようになります。さらに3か月が経過し90°公転すると、今度は西の空に見えるようになります。これが年周運動です。

南の空と北の空の年周運動

南と北の空の星の年周運動の様子です。地球の公転の影響で、同じ時刻に見える星や星座の位置が、1か月で30°東から西に移動していきます。北の空の場合、北極星を中心に反時計まわりに移動していきます。

星の年周運動

地球の公転の確認問題

  1. 地球が太陽を中心として1年で1回転する運動を何というか。
  2. 1の向きは北極側から見て時計回りか。反時計回りか。
  3. 1は1か月で何度回転するか。
  4. 地球が太陽の周りを回ることで、同じ時刻に見える星座は1か月で何度動いていくように見えるか。
  5. 地球が太陽の周りを回ることで、同じ時刻に見える星座は、どの方角からどの方角に動いていくように見えるか。
  6. 1か月で経つと、同じ場所に見える星座は何時間早く見えるようになるか。

解答

  1. 地球の公転
  2. 反時計回り
  3. 30°
  4. 30°
  5. 東から西
  6. 2時間

時間や方角の計算問題

天体では、日周運動と年周運動による天体が見える方角や時間の計算問題が出題されます。この計算問題が解けるように練習していきましょう。

計算問題に入る前に、日周運動と年周運動について復習しておきましょう。日周運動は、地球の自転によって起こる見かけの運動でした。地球がその場でコマのように1日に1回転することで、動いていない星座や太陽が動いていくように見えます。

年周運動は、地球の公転によって起こる見かけの運動でした。地球が太陽の周りを1年かけて1周することで、同じ時刻に見える星座や星の位置が変化しました。下に表でまとめています

方角 角度 原因
日周運動 から西 1時間15° 地球の自転
年周運動 から西 1か月30° 地球の公転

北の空では、北極星を中心に反時計回りに動いていくように見えましたね。

日周運動の計算問題

まずは日周運動だけの問題に挑戦しましょう。ポイントは時刻の変化です。1時間で15°東から西、北の空なら反時計回りに星座や星が動くのがポイントです。

問題1

12月1日の午後7時に南の空を観察したところ、ある星が南中しCの位置に見えた。この日の午後11時には、この星はA~Eのどの位置に見えるか。

南の空の星の動き

まず確認することは方角です。この問題では南の空を観察しているので、星は東から西に動いていくように見えます。

次に確認するこは時刻です。時刻を確認すると、最初は午後7時に観察し、次に午後11時に観察しています。12時制で考えるとわかりにくいので24時制に直して計算していきましょう。

  • 午後7時→19時
  • 午後11時→23時

経過した時間は、23時-19時=4時間

4時間経過すると日周運動で、15°×4時間=60°

星は東から西に60°動いて見えます。したがって答えはEです。

南の空

問題2

12月1日の午後10時に北の空を観察したところ、ある星がBの位置に観察できた。この日に星がAの位置に見えたのは何時か。

北の空

まずは、方角を確認します。北の空のの星の動きですので、北極星を中心に反時計回りに星が動いていくように見えます。

次に時刻を確認します。午後10時、24時制では22時に星をBの位置に観察しています。

この星がAの位置に見えた時刻を求めればいいので、AはBと比べ何度先にあるのか、何度前にあるのかを考えます。図を確認すると30°前にあることがわかりますので、

-30°÷15°=-2時間

つまり2時間前に観察したことになります。

22時-2時間=20時

したがって答えは、午後8時になります。

北の空

年周運動の計算問題

次は年周運動に関する計算問題です。年周運動が絡む問題では日付が変化します。1か月経てば星座や星は30°東から西、北の空なら反時計回りに動いていくように見えるのがポイントです。

問題1

12月1日に南の空を観察したところ、午後9時にある星がBの位置に観察できた。2月1日の同じ時刻にこの星がはどの位置に見えるか。

南の空の星の動き

まず方角を確認します。南の空の星の動きですから1時間で15°、1か月で30°東から西に星が動いていきます。

時刻は変化していませんが、12月1日から2月1日に日付が変わっています。つまり2月後に観察を行っていますので、星は東から西に次の角度移動しています。

30°×2か月=60°

60°東から西に星が移動しているので、星はB→Dに移動しています。

したがって答えはDとなります。

南の空

問題2

12月1日に南の空を観察したところ、午後9時にある星がEの位置に観察できた。同じ時刻にこの星が南中していたのは何か月前になるか。

南の空の星の動き

まず方角を確認します。南の空の星の動きですので東から西に星が運動します。

時刻は変わりませんが、日付は変わっているはずです。Eの位置に見えた星が60°前Cの位置(南中)に見えるのは2か月前10月1日になります。

南の空

日周運動と年周運動の混ざった問題

日周運動と年周運動の両方が混じった問題では、時刻も日付も変わります。1時間で15°と1か月で30°の両方を使って計算していきます。

問題

12月1日午後9時に、ある星がAの位置に見えた。この日から3か月後の3月1日の午後7時には、この星はどの位置に見えるか。

北の空

北の空の星の動きですので、反時計回りに星が動いて見えます。時刻と日付が変わっているので、図に書き込んだり、表にまとめるなどして計算していきます。

時刻と日付の変化

  • 午後9時→午後7時
    2時間前
    2時間前なので15°×2時間=30°前に見える
  • 12月1日→3月1日
    3か月後
    3か月後なので30°×3か月=90°先に見える

ということは-30°+90°=60°先に見えることになります。
したがって答えはCとなります。

北の空

【理科問題❶】地球の公転と年周運動

問題下の図1は、太陽のまわりを回る地球と、星座の位置関係を表したものである。また、図2はこの日の真夜中に南の空を観察したものをスケッチしたものである。これについて、次の各問いに答えよ。

地球の公転と年周運動

(1)図1のように、地球が太陽のまわりを回ることを何というか。

(2)地球がアの位置にあるときの日本の季節は何か。

(3)図2に見られる星座を何というか。

(4)図2に見られる星座が南中しているとき、地球の位置は図1のア~エのどこになるか。

(5)図2で観察できる星座は、2か月後の同じ時刻には、A~Dのどの位置に見えるか。ただし、A~Dの間隔はすべて30°になっている。

(6)日本が冬至のとき、真夜中東の地平線から昇ってくる星座は何か。図1の中から1つ選び、星座名を答えよ。

(7)次の文は、月日の経過とともに見える星座が変わってくる理由について述べたものである。文中の( )に適する語句や数字をかき入れなさい。

月日の経過とともに、見える星座が変わってくるのは、地球が1か月に( ① )°太陽をを中心に回っているからである。この地球の運動ので、夜空に見える星座や星は、1か月で( ② )°ずつ( ③ )から( ④ )の方向に動いていくように見える。この星座や星の見かけの動きを( ⑤ )という。

【解答・解説❶】地球の公転と年周運動

(1)地球の公転

地球が1か月に30°、1年で360°太陽を中心に回ることを地球の公転といいます。地球の公転が原因で、動いていない星座や星が、1か月で30°、1年で360°、東から西に動いていくように見えます。この見かけの運動を、星座や星の年周運動といいます。

(2)

季節の判断の仕方は2通りあります。まずは、地軸の傾きから判断する方法です。北極側の地軸が太陽の方向に傾いているイが夏になります。地球の公転の方向を考えると、ウが秋、エが冬、アが春になります。もう一つの季節の判断の仕方として、季節の星座を確認することがあります。地球がアの位置にあるとき、真夜中におとめ座が南中します。おとめ座は春の真夜中に南中する星座なので、アの位置は春であると判断できます。

(3)オリオン座

オリオン座は、冬の真夜中に南中する星座です。左上に赤い一等星のベテルギウス、右下に白い一等星のリゲルが確認できます。

(4)

オリオン座が南中するのは季節は冬です。図1で、日本が冬になる地球の位置は、地球の北極側の地軸が太陽から遠ざかる向きに傾いているエになります。

(5)D

地球の公転の影響で、同じ時刻に見える星座や星は、1か月で30°東から西に動いていくように見えます。これが見かけの運動である年周運動です。2か月後なのでオリオン座は60°西側に移動して見えます。したがって答えはDになります。

(6)おとめ座

日本が冬至の地球の位置はエになります。地球がエの位置で真夜中のとき、東の地平線から昇ってくる星座はおとめ座になります。

(7)①30° ②30° ③ ④西 ⑤年周運動

地球が1か月に30°、1年で360°太陽を中心に回ることを地球の公転といいます。地球の公転が原因で、動いていない星座や星が、1か月で30°、1年で360°、東から西に動いていくように見えます。この見かけの運動を、星座や星の年周運動といいます。

【理科問題❷】日周運動と年周運動の計算

問題下の図は、北の空の星の動きを表したもので、2月12日の午後7時に観察したとき、北斗七星がAの位置に見えたときのようすを表している。これについて、次の各問いに答えよ。

日周運動と年周運動

(1)北の空では、星Oを中心に星座が動いているように見える。星Oの名称を答えよ。

(2)同じ日の午後11時には、北斗七星はA~Fのどの位置に見えるか。

(3)4か月後の同じ時刻に、北斗七星はA~Fのどの位置に見えるか。

(4)6月12日の午後11時には、北斗七星はA~Fのどの位置に見えるか。

(5)1か月後の3月12日に、北斗七星がAの位置に見えるのは何時頃か。

【解答・解説❷】日周運動と年周運動の計算

(1)北極星

北の空では、北極星を中心に星が反時計回りに日周運動します。

(2)B

午後11時は、午後7時の4時間後です。日周運動で星は1時間に15°東から西に動くので、15°×4時間=60°反時計回りに進んでみえます。

(3)C

地球の公転により、1か月で30°星が東から西に動いていくように見えます。これを年周運動といいました。4か月後なので、30°×4か月=120°反時計回りに進んで見えます。

(4)D

6月12日は、2月12日の4か月後、午後11時は午後7時の4時間後なので、年周運動で、30°×4か月=120°、日周運動で、15°×4時間=60、合計180°反時計回りに進んで見えます。

(5)午後5時

1か月後なので、年主運動で30°反時計回りに星が進んで見えます。しかし、同じ位置で見たいので、30°前に見なくてはいけません。日周運動で1時間に15°星が進んで見えるので、30°÷15°=2時間前に星を観察すれば同じ位置に星が観察できます。したがって、午後7時-2時間=午後5時となります。

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コメント

  1. たかし より:

    とてもわかりやすかったです、非常に参考になりました^ ^

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