歳差

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歳差(さいさ、precession)または歳差運動(さいさうんどう)とは自転している物体の回転軸が、をえがくように振れる現象である。歳差運動の別称として首振り運動みそすり運動すりこぎ運動の表現が用いられる場合がある。

物理現象としての歳差[編集]

地球ゴマの歳差運動。

まずコマのような、角運動量を持つ剛体で、回転軸が重心を通る慣性主軸であって回転が安定的な場合について説明する。

そのような物体に、回転軸をひねるような向きのトルクを与えると、自転軸が円を描くように振れる。典型的な例は回転するコマの首振り運動である。歳差運動をする物体の自転軸はすりこぎを擦るように両端が円を描いて回転する。

コマがこのような運動をするのは、ジャイロ効果による。即ち、コマの自転の角運動量ベクトルに対してコマに働く重力によるトルクが軸を倒す方向に継続的に加わる結果、自転の角運動量ベクトルが大きさを変えずに向きだけ回転するためである。これは、中心力によって等速円運動している物体が継続的に加わる中心力によって運動量ベクトルの大きさを変えずに向きだけを回転させているのと同じ関係である。

次に一般の、回転軸が慣性主軸でない場合について説明する。

この場合、自分自身の慣性のため、外力が無くても回転軸が慣性主軸のまわりを振れ回るような動きをする。これを自由歳差運動という(地球の運動では、章動ないし章動のうちの自由章動成分である)。

天文学における歳差[編集]

歳差運動。地球が公転する際にコマが首を振るように約25800年かけて自転軸が回る。

天文学においては地球の歳差運動、すなわち地球の自転軸がコマの首振り運動のような回転をしているために春分点秋分点黄道に沿って少しずつ西向きに移動する現象のことを指して歳差と呼ぶことが多い。この歳差の周期は約25,800年である。

この地球の歳差運動の原因は地球の形状が赤道部分の膨らんだ回転楕円体扁球)であるため、太陽の重力による潮汐力によって赤道部分の膨らみを黄道面と一致させようとする方向にトルクを受けているためである。これを日月歳差という。日月歳差によって天の北極や赤道が動く。

また地球の公転運動に対しては、惑星の引力がわずかではあるが影響を及ぼしている。これによって、地球の軌道つまり黄道が動く。この変化は春分点の移動と、黄道の傾斜角度の変化となって現れる。これを惑星歳差という。惑星歳差は日月歳差に比べてきわめて小さい。

この歳差のために、天の北極天球上で黄道北極を中心とする円を描く。

21世紀現在の北極星こぐま座α星(ポラリス)であり、2100年頃 天の北極に一番近くなると予測される。西暦13,000年頃には、天の北極はベガこと座α星)の5度以内に位置する。古代エジプトの記録によると、今から約4800年前(紀元前2800年頃)には、天の北極はりゅう座α星のあたりに位置していた。[1]

歳差による春分点の移動を最初に発見したのは、紀元前150年頃のギリシャ天文学者ヒッパルコスである。彼は黄経180度・黄緯0度にほぼ近い位置にあるおとめ座スピカを使い、皆既月食の時に月とスピカの角距離を測った。日食や月食は黄道と白道の交点でしか起こらないので、日食・月食時の月や太陽は必ず黄道上にいる。従ってこの時のスピカとの角距離は、そのままスピカと月または太陽との黄経の差になる。ヒッパルコスはこの黄経の差を、彼の時代より約150年前のティモカリスが作った星表と比較して黄経の値が変わっていることを発見した。彼はスピカ以外の恒星についても同様にずれていることを見つけ、このずれは恒星の運動によるものではなく黄経の基準である春分点自体が移動しているためであると結論した。

参考文献[編集]

  1. ^ 最新天文百科 宇宙・惑星・生命をつなぐサイエンス HORIZONS Exploring the Universe p22 ISBN978-4-621-08278-2

関連項目[編集]