【中3理科】天体の動きの要点まとめ｜四季が生じる本当の理由は地軸の傾き

中3理科「天体の動き」を、図と例題で1つずつ確かめるページです。空の動きの正体は、地球の自転（1日に1回転）・公転（1年に1回転）・地軸の傾きの3つです。「空が動くのではなく、地球が動いている」と考えると、太陽の動き・四季・星の動きが1本の筋でつながります。どの見出しも「答え → 図 → 理由 → 例題」の順に書いています。紙に書いて練習したい人は、下の無料プリントを使ってください。

天球と透明半球：空の天体の位置はどう表す？

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理由：太陽や星はとても遠く、遠さのちがいが分かりません。そのため、どれも同じ大きな丸い天井にはりついているように見えます（プラネタリウムのドームのようなものです）。

例：「南東の空、高度30°」は、南東の向きで、地平線から30°の高さにある、という意味です。

透明半球で太陽の位置を記録する：透明半球は天球の模型で、中心 O が観測者の位置です。日なたの水平な所に置いて、次の手順で記録します。

• 厚紙に円と、中心 O で直角に交わる線をかき、方位を合わせて、透明半球を固定する（なぜ：方位を正しく記録するため）。
• 一定の時間ごと（例：1時間ごと）に、ペン先の影が中心 O に重なる位置に印（点）をつける（なぜ：O から見た太陽の方向になるから）。
• 点をなめらかな線で結び、透明半球のふちまでのばす（なぜ：ふちと交わる点が、日の出・日の入りの位置になるから）。

太陽の1日の動きと、1時間に15°

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透明半球の図は、ふつう南を手前にかくので、東は右、西は左、北は奥になります。

理由：1時間ごとの点の間隔は、どこも等しくなります。だから太陽は天球の上を一定の速さで動いて見える、ということです。24時間で360°回るので、1時間では 360°÷24時間＝15°です。

例で確かめる：4時間では 15°×4時間＝60°動きます（1時間に15°なので、時間をかけます）。南中高度の角は、地平線（南）から、O と南中した太陽を結ぶ線までの角で、天頂からの角ではありません。

紙テープで、日の出・南中の時刻と昼の長さを求める

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記録した曲線に紙テープを当て、点と、日の出の位置 P・日の入りの位置 Q を写しとります。テープの長さは、太陽が天球の上を動いた道のりを表します。この例では、8時から15時まで1時間ごとの点があり、となりの点の間はどれも 2.0cm です。P から8時の点までは 5.8cm、P から Q までは 26.0cm でした。

南中の時刻：PQ のまん中は 26.0÷2＝13.0cm。12時の点は P から 13.8cm なので、まん中は12時の点より 0.8cm 前です。0.8cm÷2.0cm＝0.4時間＝24分なので、12時の24分前の11時36分が南中時刻です。南中は日の出と日の入りのちょうどまん中なので、5時6分と18時6分のまん中とも一致します。

時間の小数は、60をかけて分に直します。

太陽が東から西へ動いて見えるのは、なぜ？ 地球の自転

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理由：回転いすに座って回ると、まわりの景色が反対向きに流れて見えます。地球も同じで、地球自身が回っているために、太陽や星が反対向きに動いて見えます。自転は、北極の上から見ると反時計回りです。

北極の上から見た図で、方位と時刻を決める：

• 北極の方向が北（なぜ：北は、北極の方向のことだから）。
• 北を向いて、右手の側が東、左手の側が西、背中の側が南（なぜ：図の上や右で決めると、地点ごとに向きがずれてしまうから）。
• 太陽の方を向く地点が正午、反対側が真夜中。夜の側から昼の側へ移る地点が明け方（日の出）、昼の側から夜の側へ移る地点が夕方（日の入り）。

地球は1時間に15°回るので、90°回るのにかかる時間は 90°÷15°＝6時間です。例：明け方の地点で、北（北極の方向）を向くと、右手の側に太陽の光があります。右手の側は東なので、太陽は東に見えます。

季節による太陽の動き：夏至・冬至・春分・秋分

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3本の道すじは平行で、傾きは同じです。南北にずれているだけです。夏至の道すじは最も長く、冬至の道すじは最も短くなります。

夏至（6月21日ごろ）＝昼が最も長い日、冬至（12月22日ごろ）＝昼が最も短い日、春分（3月21日ごろ）・秋分（9月23日ごろ）＝昼と夜の長さがほぼ同じ日です。

理由：道すじが北にずれると、日の出の点が北寄りになり、道すじ全体が長くなります。曲線が長いほど、太陽が地平線の上にいる時間が長いので、昼が長いと分かります。反対に、南寄りの道すじは冬至に近く、南中高度が低く、道すじも短くなります。

四季が生じる本当の理由は？ 地軸の傾き

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夏至のころは北極側が太陽の方へ傾き、冬至のころは反対になります。

夏至の日、北半球では北ほど昼の部分が長く、北極の近くでは1日中しずみません。冬至のころは反対で、南へ行くほど昼が長く、南半球は夏です。

理由：南中高度が高いと、同じ量の光がせまい面積に集まり、地面があたためられやすくなります。夏に気温が高くなる2つのわけは、次のとおりです。

• 南中高度が高く、同じ面積の地面に当たる光の量が多いから。
• 昼が長く、光が地面に当たる時間が長いから。

南中高度の求め方：緯度と23.4°から計算する

📄 プリント8ページ

例：北緯36°の地点です。

最も高いのは夏至、最も低いのは冬至です。春分と秋分は同じ高さです。

理由（もし地軸が傾いていなかったら？）：1年中、春分・秋分の日と同じになります。北緯36°なら、1年中 54° で、グラフは横にまっすぐな線です。昼と夜もほぼ同じ長さで、季節の変化は起こりません。つまり、季節をつくっているのは地軸の傾きです。

北へ行くほど、南中高度は低くなります。例：北緯40°の春分の日は 90°−40°＝50° です。

星の1日の動きと、北極星

📄 プリント9・10ページ

星座の星は、太陽と同じように自ら光を出す天体で、恒星といいます。星どうしの並び方（星座の形）は変わりません。

理由：星の1日の動きも、太陽と同じで、地球の自転による見かけの動きです。天の北極（地軸を北にのばした先が、天球と交わる点）のすぐ近くに北極星があるので、北極星はほとんど動きません。星は、天の北極を中心に回って見えます。

角度と時刻を求める：北の空の星は、1時間に15°、反時計回りに動きます（なぜ：地球が1時間に15°自転するから）。動いた角度＝15°×時間、時間＝動いた角度÷15° です。例：午後8時に見えた星は、3時間後の午後11時には 15°×3＝45° 反時計回りに動いた位置にあります。星が 60° 動いていたら、60°÷15°＝4時間後です。

北極星の高度：その地点の緯度とほぼ同じです。北緯36°なら約36°で、北へ行くほど高くなります。

見える星座が季節で変わるのはなぜ？ 星の1年の動き

📄 プリント11ページ

夏の夜にはさそり座、冬の夜にはオリオン座が見えます。メリーゴーランドに乗って回ると外の景色が順に見えてくるように、地球が公転するので、見える星座が変わります。

理由：360°÷12か月＝30°。30°÷15°＝2時間なので、南中する時刻は1か月に約2時間早くなります。例：1月15日の午後10時に南中したオリオン座は、2か月後の3月15日には、2か月×2時間＝4時間早い、午後6時ごろに南中します。

• 真夜中に南に見える星座は、地球から見て太陽と反対側にある星座です。太陽と同じ方向の星座は、昼の空にあって見えません。
• 1か月後の真夜中に南に見えるのは、東どなりの星座です。

黄道と、日付と時刻が両方変わるときの星座の位置

📄 プリント12ページ

黄道の近くの12の星座を黄道12星座といいます（名前は覚えなくてかまいません）。

南に見える星座から、公転の向きに90°先が東の空、反対に90°が西の空です。時刻が進むと、南に見える星座は東どなりへ移ります（6時間で90°）。夏至のころの真夜中は、南＝さそり座・東＝ペガスス座・西＝しし座、明け方は、南＝ペガスス座・東＝オリオン座です。

日付と時刻の両方が変わるとき：

• 月の差×30°を求める。
• 時刻の差×15°を求める。
• 向きをそろえて合わせる。「あと」は西へ、「前」は東へ。同じ向きなら足し、反対なら引く（なぜ：年周運動も日周運動も、まず別々に動かしてから合わせるから）。

例1：午後9時に南中した星座は、1か月後の午後11時には、西へ30°（1か月後）＋西へ30°（2時間後）＝西へ60°の所にあります。例2：同じ星座は、1か月後の午後7時には、西へ30°（1か月後）、東へ30°（2時間前）なので、南中します（前の見出しの「1か月で2時間早く」と同じです）。

まとめ

空の動きは、地球の自転・公転・地軸の傾きで説明できます。太陽も星も、地球が西から東へ自転するので、東から西へ1時間に15°動いて見えます（日周運動）。透明半球の記録からは「長さ÷1時間の長さ＝時間」で日の出や南中の時刻が分かります。四季が生じる本当の理由は、地球と太陽の距離ではなく、地軸が23.4°傾いたまま公転することです。南中高度は、春分・秋分が「90°−緯度」、夏至は＋23.4°、冬至は−23.4°です。星座は、公転のため同じ時刻の位置が1か月に約30°ずつ西へ移り（年周運動）、太陽は黄道の上を星座の間を西から東へ動きます。プリントの確認問題で、計算と図の読み取りを手を動かして練習してみてください。