中学3年理科「地球と宇宙」で登場する、地球の自転と公転は、天体の動きや季節・昼夜の変化を理解するための基本事項です。この記事では、地球が1日で1回転する自転（約24時間で360°＝1時間15°）と、1年で太陽を一周する公転（約365日で約1°/日）を図解で詳細に解説します。さらに、季節の移り変わりの仕組みや定期・高校入試によく出る練習問題付きで、効率的に得点力アップを狙いましょう。
地球の自転
自転は、天体が、自分のもつ軸を中心にして、一定の向きに回転していること。地球は、地軸を中心にして、1日に1回西から東の方向に回転している。自転周期は、星の南中から南中までの時間に等しく、およそ23時間56分である。
- 自転の向き…地球は西から東へ自転している。北極星のほうから見ると、時計の針の回転方向と反対の方向にまわっている。
- 自転の周期…地球が1回転するのにかかる時間を自転周期といい、1日(正確には, 23時間56分4秒)である。
日周運動
日周運動の天体は、地球の自転により、見かけ上、1時間に15°ずつ東から西へ移動して見える。北の空では、北極星を中心にして反時計まわりに回転しているように見える。（360度:約24時間）
地軸
地球の回転軸で、地球の北極と南極を結んだ直線をさしていう。天の北極と南極を結んだ軸と一致する。地軸の傾きは、地球の公転面に立てた垂線に対して23.4であるため、太陽の南中高度が季節によって変化する。
透明半球
- 天体…恒星、惑星、衛星、すい星など、宇宙空間にある物体のことをいう。
- 天球…地球(観測者)を中心として、空には巨大な丸い天井があり、ここに星が散りばめられているように見える。この見かけの球形の天井のこと。観測者の真上の天球上の位置を天頂、真下の天球上の位置を天底という。天球は、観測者と北極星を結ぶ直線を軸として東から西へ約1日に1回転している。
プラスチックなどでできている透明な半球。サインペンなどで、星の位置を記録したり、影を利用して太陽が動いた道筋を記したりして、天球がわりに用いられる。
南中と南中高度
太陽高度の太陽の高さを観測者から見た角度(地平面とのなす角度)で表したもの。太陽の南中高度は季節によって変化することから、四季の変化がわかる。
- 天の北極…地球の北極を天球上に投影したもの。この近くに北極星がある。
- 天の南極…地球の南極を天球上に投影したもの。
- 天の赤道…地球の赤道面をのばしていって天球と交わる大円。地球の赤道と同一平面内にある。
- 天の子午線…天天の北極, 天頂, 天の南極を結んでできる天球上の大円。
南中とは、ある天体が、日周運動によって天の子午線上にきたときをいう。そのときの時刻を南中時刻という。 南中時刻は、場所によって違い、例えば、日本でも東京と大阪では、東京のほうがはやい。
地球の公転
中学3年生の理科で学ぶ「地球の公転と季節の変化」は、定期テストや入試で頻出の重要単元です。地球が1年かけて太陽のまわりを回る「公転」と、地軸の傾きによって生まれる四季の仕組みを正しく理解することが、天体分野の得点アップのカギになります。この記事では、図や表を用いながら、公転の仕組み・日照時間・南中高度・季節の特徴などを簡潔にまとめて解説します。暗記だけでなく、「なぜそうなるのか？」の理解が深まる内容になっています。
地球の公転は、地球が太陽を中心として、そのまわりを1年の周期で回る運動のことです。北極側から見ると反時計回りで、自転の向きと同じ向きとなります。
季節による星座の移り変わり
地球の公転によって、同じ時刻に決まった方向に見える星座は、ほぼ一定の速さで移り変わり、1年でもとの位置に戻ります。（星の年周運動）。季節を代表する星座は地球から見て太陽とは反対方向に見えます。
- 同じ時刻に見える星座…1か月で30°（360°÷12か月）、1日で約1°西のほうへ動いて見えます。
黄道
天球上での太陽の通り道。地球の公転によって、地球から見ると太陽は星座の間を動いていくように見えます。
季節の変化
- 太陽の南中高度の変化…夏至の日にもっとも高く、冬至の日にもっとも低くなります。
- 太陽の高度と光の量…太陽の高度が高いと、同じ面積に受ける光の量がふえ、温度が高くなります。
- 昼の長さの変化…夏至の日にもっとも長く、冬至の日にもっとも短くなります。春分、秋分の日は昼と夜の長さがほぼ同じになります。
| 冬至 | 春分・秋分 | 夏至 | |
|---|---|---|---|
| 日の出・日の入りの位置 | もっとも南寄り | 真東から出て真西に沈む | もっとも北寄り |
| 南中高度 | もっとも低い | 90°-観測地点の経度 | もっとも高い |
| 昼間と夜間の長さ | もっとも昼間が短い | 昼間と夜間がほぼ同じ | もっとも昼間が長い |
四季の気温の変化
太陽の南中高度の変化によって起こります。夏に気温が高くなるのは、南中高度が高くなり、さらに昼が長くなって、太陽が地面を照らす光の量がふえるためです。
季節の変化と地軸の傾き
地球は、地軸が公転面に建てた垂線対して、23.4°傾いたまま公転しています。このため、季節によって太陽の南中高度や昼の長さが異なり、季節を生じます。
＜例＞北緯35°の地点での南中高度
- 夏至ころ…90°-（35°-傾き23.4°）＝78.4°
- 冬至のころ…90°-（35°+傾き23.4°）＝31.6°
- 春分・秋分…90°-35°＝55°
以上が、中３理科「地球の公転と季節の変化」となります。星の動きや位置については、よく入試でも出題されるところです。また、地球の公転を理由にした記述問題も出されます。しっかり理解しておきましょう。
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