地球の自転や公転の証拠となる現象について述べた文として正しいものを、次のア〜エのうちから 1 つ選べ。
- ア 北半球でフーコーの振り子を振らせると、振動面は上から見て反時計回りに回転していく
- イ 年周視差は、地球の自転によって恒星の見かけの位置がずれる現象で、地球の自転の証拠である
- ウ 年周光行差は、地球の公転によって恒星の見かけの位置がずれる現象で、その大きさは恒星までの距離が遠いほど小さい
- エ フーコーの振り子の振動面が回転する速さは、赤道上では 0 で、北極に近い高緯度ほど速くなる
地球の自転・公転の証拠
フーコーの振り子（緯度による回転の速さと向き）が自転の証拠、年周視差・年周光行差が公転の証拠であることと、それぞれの現象の特徴（距離によるかどうかなど）を判定できる
前提
- 星の日周運動・年周運動と星座 （中学理科 地学分野の用語と知識）
この技能までの道筋（2 技能）
読み込み中…
右端（太枠）がこの技能です。左へドラッグすると、さらに前の前提をさかのぼれます。技能を押すと、そこまでの道筋が光ります。
一覧で見る（前提が先）
- 太陽の日周運動と季節の変化 （中学理科 地学分野の用語と知識）
- 星の日周運動・年周運動と星座 （中学理科 地学分野の用語と知識）
説明
星や太陽が東から西へ動いて見えること（日周運動）や、季節によって見える星座が変わること（年周運動）は、天体の方が動いていると考えても説明できてしまいます。地球そのものが自転・公転していることを示すには、地球が動いていなければ起こらない現象が必要です。この技能を身につけると、フーコーの振り子が自転の証拠、年周視差と年周光行差が公転の証拠であることと、それぞれの現象の特徴（緯度による違い、恒星までの距離によるかどうかなど）について、文の正誤を判定できるようになります。
なぜそうしてよいのか
フーコーの振り子は、長い糸の先に重いおもりをつけた振り子です。振り子は、外から力を加えない限り、宇宙に対して同じ面の中で振れ続けようとします。ところが、振り子を地面の上で観察すると、振動面が時間とともにゆっくり回転していきます。振動面が回ったのではなく、その下の地面（地球）が回っているからです。北極点に振り子を置いたと考えると、地球は 1 日に 1 回自転するので、振動面は約 1 日で 1 回転して見えます（北半球では上から見て時計回り、南半球では反時計回り）。赤道上では地面が振動面に対してねじれるように回らないので、振動面は回転しません。中間の緯度ではその間になり、緯度 の地点では振動面が 1 時間に約 回転します。緯度が高いほど回転が速いことが特徴です。
年周視差は、地球が太陽のまわりを公転するため、観測する位置が 1 年の間に大きく変わることで生じます。近くの恒星を遠くの星々を背景にして観測すると、1 年を周期として天球上で小さな楕円を描くように位置が変化して見えます。地球の軌道の半径（約 1 天文単位）を見込む角が年周視差で、近い恒星ほど大きく、遠い恒星ほど小さくなります。恒星はとても遠いので、最も近い恒星でも年周視差は （1 秒角、 の 3600 分の 1）より小さく、19 世紀になってようやく測定されました。
年周光行差は、雨の中を走ると、まっすぐ降る雨が前から斜めに降ってくるように感じるのと同じしくみで起こります。地球は公転によって秒速約 で動いているので、恒星からの光は地球の進む向きの方へ傾いてやってくるように見え、恒星の見かけの位置が地球の進む向きへずれます。公転の向きは 1 年で一回りするので、ずれの向きも 1 年周期で変わります。ずれの大きさは光の速さと地球の公転の速さで決まり、恒星までの距離にはよりません。最大で約 で、どの恒星の年周視差よりもずっと大きな値です。
手順
問われている現象が、自転・公転のどちらの証拠かを見分ける: フーコーの振り子は自転、年周視差と年周光行差は公転
フーコーの振り子なら、緯度による違いを確認する: 振動面の回転は高緯度ほど速く、極で約 1 日に 1 回転、赤道では回転しない。北半球では上から見て時計回り、南半球では反時計回り
年周視差なら、距離との関係を確認する: 地球の公転で観測位置が変わるために生じ、近い恒星ほど大きい。最も近い恒星でも より小さい
年周光行差なら、距離との関係を確認する: 地球の公転の速度によって光が傾いて届くために生じ、恒星までの距離によらない。最大約
例題
地球の自転・公転の証拠について述べた文として正しいものを、次のア〜エのうちから 1 つ選べ。
ア フーコーの振り子の振動面の回転は、赤道上で最も速く、極では回転しない。
イ 年周視差は地球の自転によって生じる現象で、遠い恒星ほど大きい。
ウ 年周光行差は地球の公転によって生じる現象で、その大きさは恒星までの距離によらない。
エ 星の日周運動は、地球が公転していることの直接の証拠である。
例題の解答
手順 1: フーコーの振り子は自転の証拠、年周視差・年周光行差は公転の証拠である。イは年周視差を自転によるものとしているので誤り。エの日周運動は、天体の方が動いていると考えても説明できてしまうので直接の証拠にはならず、しかも日周運動は 1 日周期で公転とは結びつかないので誤り。
手順 2: フーコーの振り子の振動面は高緯度ほど速く回転し、極で約 1 日に 1 回転、赤道では回転しない。アは逆なので誤り。
手順 3: 年周視差は近い恒星ほど大きい。この点でもイは誤り。
手順 4: 年周光行差は地球の公転によって生じ、その大きさは恒星までの距離によらない。ウは正しい。
以上より、正しいものはウである。
答え: ウ
よくある誤り
フーコーの振り子の振動面が赤道で最も速く回転するとしてしまう誤り。正しくは、回転は高緯度ほど速く（1 時間に約 ）、極（）で約 1 日に 1 回転、赤道（）では回転しない
年周光行差も年周視差と同じく近い恒星ほど大きいとしてしまう誤り。正しくは、年周視差は近い恒星ほど大きいが、年周光行差は地球の公転の速さと光の速さで決まるので、恒星までの距離によらない（最大約 ）
年周視差を地球の自転の証拠としてしまう誤り。正しくは、年周視差は地球が公転して 1 年の間に観測位置が変わるために生じるので、公転の証拠である。年周光行差も公転の証拠
日周運動や年周運動そのものを、自転・公転の証拠としてしまう誤り。これらは天体の方が地球のまわりを回っていると考えても説明できるので、正しくは、地球が動いていなければ起こらないフーコーの振り子の振動面の回転・年周視差・年周光行差が証拠になる
この説明は AI が書き、別の AI が例題を独立に解いて答えを確かめ、説明を一歩ずつ査読しました。
入口の問題
この技能を使う問題
1851 年、フーコーはパリのパンテオンの天井から長い振り子をつるして振らせ、時間がたつにつれて振り子の振動面が床に対して少しずつ回転していくことを示した。この実験は、地球の運動の証拠として知られている。フーコーの振り子について述べた文として最も適当なものを、次のア〜オのうちから 1 つ選べ。
- ア 北半球では、振り子の振動面は、上から見て反時計回りに回転していく。
- イ 北極点では、振り子の振動面は、およそ 1 日で 1 回転する。
- ウ 赤道上では、振り子の振動面は、およそ 12 時間で 1 回転する。
- エ 振り子の振動面が回転する速さは、緯度が低い地点ほど速い。
- オ 振り子の振動面の回転は、地球の公転によって生じる。
1851年、フーコーはパリのパンテオンで、長いワイヤーに重いおもりをつるした振り子を振らせた。この振り子は、慣性によって同じ面内で振動を続けようとする。しかし、観測者には振動面が少しずつ回転していくように見えた。これは、振り子の下で地面が地球の自転とともに回転しているためである。
北半球のある地点でこの振り子を振らせると、振動面は上から見て にゆっくり回転していくように見える。また、この振動面の回転の速さは、振り子を振らせる地点の緯度が ほど速い。
文中の空欄 a・b に入る語句の組み合わせとして最も適当なものを、次のア〜エのうちから 1 つ選べ。
a b ア 反時計回り 高い イ 反時計回り 低い ウ 時計回り 高い エ 時計回り 低い 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。