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太陽系と天体の運動(知識)の問題

難易度 4国公立二次の標準レベル高校地学 太陽系と天体の運動(知識)

雨の中を歩くと、雨が真上から降っていても、傘を進行方向へ少し傾けたほうがぬれにくい。これと同じように、運動している地球の上から恒星を観測すると、恒星から届く光の向きは、地球の運動の向きの側へわずかに傾いて見える。地球は太陽のまわりを公転しているので、運動の向きが 1 年の周期で変わり、恒星の見かけの位置は 1 年周期で小さな円や楕円を描くように移り変わる。この見かけの位置のずれの大きさは、地球の公転の速さと光の速さの比で決まるため、恒星までの距離によらず、どの恒星でもほぼ同じ大きさ(最大で約 )になる。この現象は 18 世紀に、地球が公転していることを示す最初の観測的な証拠として発見された。

この現象を何というか。漢字で答えよ。

この問題で使うもの

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  1. 太陽の日周運動と季節の変化
  2. 星の日周運動・年周運動と星座
  3. 地球の自転・公転の証拠

ヒント

行き詰まったら、上から順に 1 つずつ開いてください。

ヒント 1

地球の公転の証拠になる、恒星の見かけの位置のずれには 2 種類ある。どちらにあたるかを考えよう。

ヒント 2

ずれの大きさが「恒星までの距離によらない」「地球の速さと光の速さの比で決まる」という点が鍵である。距離によって大きさが変わる現象は除外できる。

ヒント 3

距離に反比例して近い星ほど大きくずれる年周視差ではなく、雨と傘のたとえで説明される、光の向きが傾いて見える現象である。

答えと解説

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年周光行差

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解説を読む

文中の現象は年周光行差である。

地球は公転によって秒速約 で運動している。運動している観測者には、光が運動の向きの前方から来るように傾いて見える(雨の中を走ると雨が前から降ってくるように感じるのと同じ)。この傾きの大きさは、地球の公転の速さと光の速さの比で決まり、最大で約 になる。地球の運動の向きは 1 年で一回りするので、恒星の見かけの位置も 1 年周期でずれる。これが年周光行差で、1728 年ごろにブラッドリーが発見し、地球の公転の最初の観測的な証拠となった。

似た用語との違い
- 年周視差: 地球の公転によって観測する位置が変わるため、近い恒星が遠くの恒星を背景にして 1 年周期でずれて見える現象。ずれの大きさは恒星までの距離に反比例し、最も近い恒星でも 未満である。文中の「恒星までの距離によらずほぼ同じ大きさ」「最大で約 」という特徴は年周視差には当てはまらない。年周視差の測定に成功したのは 19 世紀(ベッセル)である。
- フーコーの振り子: 振り子の振動面が時間とともに回転して見える現象で、地球の自転の証拠である。公転の証拠ではない。

別解

地球の公転運動のために、恒星から届く光の向きが地球の運動の向きの側へ傾いて見える現象で、ずれの大きさは公転の速さと光の速さの比で決まり、恒星の距離によらず最大で約 となる。これは、距離によって大きさが変わる年周視差(恒星が近いほど大きく、ずれの向きは太陽の方向)とは区別される現象である。18 世紀にブラッドリーが発見した、地球の公転の最初の観測的証拠であり、名称は光行差である。確かめ:地球の公転の速さ約 、光速約 より、比は約 ラジアン、すなわち約 となり、問題文の記述と一致する。

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