【中学3年理科】地軸の傾きと季節の変化・黄道十二星座

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中学3年理科。今日は天体の中でも、地球の公転と季節の変化について見ていきましょう。なぜ季節の変化が生じるのかその理由をしっかりと答えることができるようになりましょう。また、太陽の年周運動である黄道上の太陽の動きもあわせて確認します。

地軸の傾きと季節の変化

地球は太陽を中心に1年で1回転しています。これを地球の公転をいいました。地球が公転することで、季節ごとに見える星座が変化するということは前回学習しました。

今日は地球が公転することで季節の変化が生じる理由について学習します。ポイントは地軸の傾きです。

よく出る記述!Q:太陽の南中高度や日の出・日の入りの位置が変化する理由を答えよ。
A:地球の地軸が傾いたまま公転しているから。
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地軸の傾き

地球は自転軸である地軸を傾けた状態で自転と公転を行っています。この地軸の傾きによって、南中高度や日の出・日の入りの位置が変化します。南中高度の計算問題などで地軸の傾いている角度を使うので、次の数字は覚えるようにしましょう。

地軸の傾き

地軸の傾き

  • 公転面から66.6°
  • 公転面に立てた垂線から23.4°

地球の公転と季節

地球の地軸が傾いたまま公転することによって、太陽の南中高度や日の出・日の入りの位置、お昼の時間が変化します。下の図を確認してください。地軸が傾いているせいで、南中高度や昼の時間が変化することがわかります。

季節の変化

  • 南中高度が高いお昼の時間が長い
    光の量が多くなり気温が上昇する
  • 南中高度が低いお昼の時間が短い
    光の量が少なくなり気温が下がる

季節を判断するときには、まず夏か冬を探すようにしてください。北極側の地軸が太陽の方に傾いている地球の位置が、北半球が夏になる位置です。逆に北半球の地軸が太陽と逆の方に傾いている地球の位置が、北半球が冬になる位置です。

夏か冬の位置がわかれば、あとは地球の公転の向きによって秋と春が判明します。

地球の公転と季節の変化の記述問題

ここでは記述式の問題が出題されます。なぜ、南中高度が変化したり、季節の変化が生じるのか問われますが、理由はすべて同じです。

地軸の傾きに関する記述Q1:太陽の南中高度が変化する理由を答えよ。
Q2:太陽の日の出・日の入りの位置が変化する理由を答えよ。
Q3:季節の変化が生じる理由を答えよ。
Q4:お昼の長さが変化する理由を答えよ。

A:地球の地軸が傾いたまま太陽の周りを公転しているから。

次は、地球の公転によって起こる見かけの運動である太陽の年周運動について学習します。黄道上を動いて見える太陽について詳しく見ていきます。

黄道とは

黄道上の太陽の動きとは、地球が太陽の周りを公転することで、太陽が星座の間を動いていくように見える現象です。この現象を太陽の年周運動とも呼びます。この太陽が動いていくように見える道が黄道と呼ばれています。

黄道上の太陽の動き(太陽の年周運動)

「地球が公転することで、太陽が星座の間を動いていくように見える」と言われてもわかりづらいので、下の図で説明します。昼間でも星座が見えると考えて見てください。

黄道

  • 地球がの位置にあるとき、地球から太陽を見ると、みずがめ座太陽が重なって見えます。
  • 地球が公転してに位置に移動します。この位置から太陽を見ると、おうし座太陽が重なって見えます。
  • さらに地球が公転しての位置に移動します。この位置から太陽を見ると、しし座太陽が重なって見えます。

このように地球が太陽の周りを公転することで、太陽の後ろに見える星座が移り変わっていくだけの現象が太陽の黄道上の動き(太陽の年周運動)です。上の図では、太陽が星座の間を動いていくように見える向きも覚えておきましょう。地球の公転と同じ向きの反時計回りになっていますね。

太陽は黄道上を1年かけて1周し、もとの星座の位置に戻ります。

黄道上の太陽の動きの方角

ここで太陽の黄道上の動き(太陽の年周運動)の方角を聞いてくる問題があります。下の図は、最初に登場した図を真上から見た図です。この図で太陽の黄道上の動きを見てみると、地球から見た方角がわかります。

黄道

上の地球に立っている人から見ると、黄道上の太陽の動きは「西から東であることがわかります。

太陽の黄道上の動きポイント!向き:反時計回り、方角でいうと西から
角度:1か月で30°、1年で360°
原因:地球の公転

黄道十二星座

この太陽の見かけの通り道である黄道付近に十二の星座があることから、これらの星座を黄道十二星座と呼んでいます。黄道付近にあるということは、地球が公転する面である公転面上にある星座であるとも言えます。

黄道十二星座をすべてを覚える必要はありませんが、春夏秋冬の真夜中に見える星座ぐらいは覚えておきましょう。

星座の見える方角

黄道の問題が出題されると、あわせて出題されるのが星座の見える方角や、見える時間帯を問う問題です。

星座の見え方

春の真夜中、東の空に見える星座は?と聞かれた場合、おとめ座やてんびん座を答える生徒がいますが、さそり座が見えます。星座は太陽や地球から見てとてつもなく遠い位置にあることを忘れずに考えてください。

太陽の黄道上の動きの確認問題

  1. 太陽が1年かけて星座の間を動いていくように見えるのは、地球が何という運動をしているからか。
  2. この太陽の見かけの通り道を何というか。
  3. 太陽が1年かけて星座の間を動いていくように見える動きは、北極側から見て時計回りか、反時計回りか。
  4. 太陽が1年かけて星座の間を動いていくように見える動きは、どの方角からどの方角に動いていくように見えるか。
  5. 2の付近にある星座を何というか。

解答

  1. 公転
  2. 黄道
  3. 反時計回り
  4. 西から東
  5. 黄道十二星座

【練習問題❶】地球の公転と地軸の傾き

問題下の図1は、日本が春分、夏至、秋分、冬至の日のときの太陽と地球の位置関係を、模式的に表したものである。また、下の会話文は、地球の地軸の傾きと公転面との関係についての明さんと舞さんと先生の会話の一部である。これについて、次の各問いに答えよ。

地球の公転

「地球は、公転面に垂直な方向に対して、地軸を23.4°傾けたまま公転しているんですね。」
「地軸の傾きや地球と太陽の位置関係から考えると、日本が春分の日のときの地球の位置は、( ア )ですね。」
先生「そのとおりです。ところで、もし、地球の地軸が公転面に対していつも垂直であるとしたら、日本付近での太陽の南中高度は、1年を通してどのようになると思いますか。」
「はい、(   イ   )と思います。」
先生「そのとおりです。」

(1)会話文中( ア )にあてはまる記号を、図1のA~Dから1つ選べ。

(2)会話文中( イ )に、下線部のときの日本付近での、1年を通した太陽の南中高度のようすを、簡潔に書け。

(3)図2は、地球が図1のCの位置にあるときの、ある時刻の太陽の光と地球の関係を模式的に表したものである。この日、地球上のある部分では1日中太陽が出ている。問題の図の中のその部分をぬりつぶせ。

(4)図1で、地球がDの位置にあるとき、真夜中、オリオン座はどの方位の空に見えるか。4方位で答えよ。

【解答・解説❶】地球の公転と地軸の傾き

(1)D

北極側の地軸が太陽の方向に傾いているAが夏至の日の地球の位置です。そこから公転の向きに、Bは秋分、Cが冬至、Dが春分になります。

(2)南中高度は変化しない

地球の地軸が、公転面に立てた垂線から23.4°傾いたまま、地球の周りを公転していることで、太陽の南中高度が変化します。したがって、地軸の傾きがない場合、1年を通して南中高度は変化しません。

(3)

地球の公転と白夜

上図で黒く塗りつぶした部分は、地球が自転しても公転面に立てた垂線を超えることはありません。したがって一日中太陽が沈まない白夜になります。逆に北極側の地域は、一日中太陽が地平線から昇らない極夜になります。

(4)西

Dの位置で真夜中の場合、西の空にオリオン座が見えます。地球を北極側から見下ろした図で考えると分かりやすくなります。

【練習問題❷】太陽の年周運動・黄道

問題地球から見える太陽の運動に、太陽の年周運動というものがある。下の図1は、7月1日から8月1日までの1か月間、太陽の日の入りの位置とその背後に見える星座との位置関係を表したものである。図2は、太陽と地球、地球の公転面と同じ面に存在する12の星座を表したものである。これについて、次の各問いに答えなさい。

黄道1

(1)太陽の日の入りの位置とその背後に見える星座との位置関係が、図1のように変化するのは、地球がある運動を行っているからである。この地球の運動を何というか。

(2)図1で、太陽の日の入りの位置とその背後に見える星座との位置関係を表した図で、太陽が動いていくように見える線を表したのが図2のaである。このaを何というか。

(3)図2で、地球が太陽のまわりを回ることで、太陽はaの上をア、イのどちらの向きに動いていくように見えるか。記号で答えよ。

(4)図2で、太陽が動いていくように見えるa付近にある12の星座を何というか。

(5)地球がCの位置にあるとき、真夜中に南中する星座は何か。図2の中から1つ選び、星座名で答えよ。また、このときの地球の季節は何か答えよ。

(6)下の文は、太陽の年周運動についてまとめたものである。文中の( ① )と( ② )には方角を( ③ )には文章をそれぞれ記入せよ。

地球が太陽のまわりを1年かけて回ることで、太陽の背後に見える星座が移り変わっていくように見える。この見かけの運動を太陽の年周運動という。太陽の年周運動の方角は、図1や図2から判断すると( ① )から( ② )の方角であることがわかり、星座の間を動いていき1年後(  ③  )。

【解答・解説❷】太陽の年周運動・黄道

(1)地球の公転

地球は太陽のまわりを、北極側から見ると反時計回りに1年で360°回転しています。これを地球の公転といいます。

(2)黄道

地球が公転することで、太陽の背後に見える星座が移り変わっていくように見えます。地球から見ると太陽が星座の間を動いていくように見えるのです。この太陽の見かけの通り道を黄道といいます。

(3)

地球の公転の向きは、北極側から見ると反時計回りです。公転している地球から太陽の方角を見てみると、その背後に見える星座も反時計回りに移り変わっていくことがわかります。

(4)黄道12星座

黄道付近に見える星座を、黄道12星座といいます。黄道12星座は、地球の公転面と同じ面上にある星座で、地球の公転の影響で、季節により見える方角が移り変わっていきます。

(5)星座:おうし座 季節:

地球が図2のCの位置にあるとき、太陽と反対側にある星座はおうし座になります。太陽と反対側にある星座は真夜中に南中します。また、おうし座やオリオン座が真夜中に南中する季節は冬になります。

(6)①西 ② ③元の位置に戻る

太陽の黄道上の動きは、地球から見ると西から東です。地球の公転によって起こる見かけの運動ですので、1年後もとの位置に戻って見えます。

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