もし誰かが、ある瞬間、あなたは音速をはるかに超える速度で移動していると言ったらどうでしょうか。 あなたは、超音速ジェット機のコックピットではなく、固い地面の上に立っていることを考えると、その人のことを頭がおかしいと思うかもしれません。 しかし、この言葉は正しい。 地球の自転のおかげで、私たちはいつでも時速 1,674 キロメートルで移動しているのです。 これは明らかに、1日に1回、つまり24時間ごとに達成されています。 しかし、ここで考えなければならないのは、実は2種類の自転です。 1つは、地球が自転して、宇宙の他の部分と同じ方向に戻るのにかかる時間。
太陽と恒星の日：
私たちが知っているように、太陽が空の同じ場所に戻るには、ちょうど24時間かかりますが、これは当然のことのように思えます。 24時間というのは、私たちが完全な1日だと考えている時間であり、昼から夜へと移行し、また戻るのにかかる時間です。 しかし実は、背景の星々と比べると、地球が自転するのに23時間56分4.09秒かかっているのです
なぜこのような違いがあるのでしょうか。 それは、地球が太陽の周りを公転していて、365日あまりで1周するからです。 24時間を365日で割ると、1日あたり約4分となります。 つまり、地球は自転していますが、太陽のまわりを公転しているので、太陽の位置は毎日4分ずつ追いついているのです。
地球が自転するのにかかる時間は恒星日として知られており、その時間は23.9344696時間です。 この種の日の測定は、星に対する地球の位置に基づいているので、天文学者は、夜空のどこに星が現れるかを追跡するための時間管理システムとして、このシステムを使用しています。 しかし、これは1年を通じて変化し、その積み重ねによって、平均から最大で16分の季節的なずれが生じる。
軌道と軸の傾き：
ヨハネス・ケプラーが『アストロノミア・ノヴァ』（1609）で述べたように、地球と太陽系惑星は太陽の周りを完全に円形に回ってはいない。 これはケプラーの第一法則と呼ばれるもので、「太陽を中心とする惑星の公転は、太陽の重心を一点とする楕円である」とするものです。 近日点では太陽から1億4709万5000km、遠日点では1億5210万kmとなる。 平均的な速度は秒速29.8km、時速107,000kmですが、実際には1年の間に秒速30.29kmから29.8kmまで、1秒間に1kmの幅で変化しています。4857>
この速度で、太陽は24時間、つまり1太陽日に相当する時間をかけて地軸を一回転し、子午線（極を通る地球上の北から南への点）に戻ってきます。 太陽と地球の北極上空から見ると、地球は太陽の周りを反時計回りに回っています。
この地球が太陽の周りを回ること、つまり春分点での太陽の歳差運動が、1年が約365.2日続く理由です。 4年に1度、1日余計に必要になるのもこのためです（うるう年は2月29日）。 また、地球の自転は太陽に対してわずかな離心率（0.0167°）があり、1年のうち特定の時期に周期的に太陽に近づいたり遠ざかったりする。 これは、太陽が両方の赤道で交差するとき、背景の星に対する毎日のシフトが赤道に対して斜めになっていることを意味します。 6月と12月は太陽が赤道から最も遠いので、黄道に沿ったずれは赤道での大きなずれに対応する。
そのため、見かけ上の太陽日は6月や12月よりも3月と9月のほうが短くなるのだ。 温帯北部では、太陽は夏至に真東から北に昇り、真西から北に沈むが、冬になると逆になる。
回転速度：
先に述べたように、地球はかなり速く自転している。 実際、科学者たちは、赤道での地球の回転速度が時速1,674.4kmであることを突き止めました。 つまり、赤道上に立つだけで、人はすでに音速を超える速度で円を描いて移動していることになるのです。
恒星に対する地球の自転周期は「恒星日」として知られており、平均太陽時の86,164.098903691秒（または23時間56分4.0989秒）である。 一方、移動する春分点に対する地球の自転周期は、平均太陽時の23時間56分4.0905秒である。
しかし、月が地球の自転に及ぼす潮汐の影響により、時間の経過とともに地球はわずかに遅くなっている。 原子時計によると、現代の1日は100年前より約1.7ミリ秒長くなっており、UTCがうるう秒によって調整される割合が徐々に増えているのだそうです。 地球の自転も西から東に向かうため、太陽は東から昇り、西に沈む。 Credit: quora.com
地球の形成：
地球の自転についてもう一つ興味深いことは、それがどのように始まったかということです。 基本的に、地球の自転は、46億年前に私たちの惑星を作るために集まったすべての粒子の角運動量によるものです。 それ以前は、地球、太陽、その他の太陽系は、水素、ヘリウム、その他の重い元素からなる巨大な分子雲の一部でした。
雲が崩れ落ちるにつれて、すべての粒子の勢いが雲を回転させるようになりました。 潮汐摩擦や、約45億年前に起こったとされる火星サイズの天体との衝突「テイアの衝突」によって、月が形成されたと考えられているのだ。
研究の歴史：
古代、天文学者は当然、地球は宇宙の固定天体で、太陽、月、惑星、星はすべて地球の周りを回っていると考えていました。 古典古代には、アリストテレスやプトレマイオスのような哲学者や天文学者によって、これは宇宙論的な体系として形式化され、後にプトレマイオスモデル（または地動説）として知られるようになりました。 その論点の1つは、地球が固定されているだけでなく、回転していないという事実であった。 例えば、サモスのアリスタルコス（紀元前310年頃〜230年頃）はこのテーマで著作を発表し、同時代のアルキメデスなどが引用している。 アルキメデスによれば、アリスタルコスは地球が太陽の周りを回っており、宇宙は以前考えられていたよりも何倍も大きいと唱えていた
そして、近東セレウコス帝国のヘレニズム天文学者セレウキス（前190〜150年頃）である。 セレウキスはアリスタルコスの天動説を支持し、惑星の位置や地球-月の「重心」をめぐる地球の回転を正確に計算し、それが真実であることを証明したとも考えられます。 Credit: Bibliothèque Nationale, Paris
地動説は、中世のイスラムやインドの学者たちからも異議を唱えられることになります。 例えば、インドの天文学者アーリアバタは、499年に大著『アーリアバティヤ』を出版し、地球が自転し、惑星の周期が太陽を基準にして与えられているというモデルを提案しました。 ほぼ同時期に、アブ・レイハン・ビルニ（Abu Rayhan Biruni 973 – 1048）は、地球が自転し、太陽の周りを回っている可能性について議論しましたが、彼はこれを数学的な問題ではなく、哲学的な問題だと考えました
マラガとウルグ・ベグ（別名サマルカンド）観測所では、13世紀から15世紀にかけて数世代の天文学者によって地球の回転について議論が行われ、提出された多くの議論や証拠はコペルニクスが用いたものと似ています。 ニラカンタ・ソマヤジが『アーリアバティヤバシャ』（『アーリアバティヤ』の注釈書）を出版し、部分天動説を唱えたのもこの時期である。 1500年には『タントラサングラハ』を出版し、地球の自転を取り入れた
14世紀には、ヨーロッパで天動説や地球が動くという考え方が出始めた。 たとえば、フランスの哲学者ニコル・オレズム司教（1320-1325年頃～1382年）は、地球が自転している可能性を論じています。 しかし、近代天文学に最も大きな影響を与えたのは、ポーランドの天文学者ニコラウス・コペルニクスで、1514年に天動説の考えを「コメンタリオラス」という短い論文で発表したのです。 Credit: history.ucsb.edu
コペルニクスは、彼以前の人々と同様に、ギリシャの天文学者アティスタルコスの研究を基に、マラガ学派やイスラム世界の著名な哲学者たち（下記参照）に敬意を表して、研究を進めました。 彼のモデルに不可欠なのは、地球と他のすべての惑星が太陽の周りを回っているという事実でしたが、地球は自転し、月の周りを回っているという事実もありました
やがて、ガリレオやアイザック・ニュートンなどの科学者のおかげで、地球の運動と回転は科学的に受け入れられるようになります。 宇宙時代の到来とともに、人工衛星や原子時計が配備され、地球が常に動いていることが確認されただけでなく、その軌道や自転を信じられないほどの精度で測定できるようになったのです。 そして、一部の人が言うのとは逆に、信じられないほど遅い速度ではあるが、実際には減速しているのである。 しかし、もちろん、それが大幅に遅くなる頃には、私たちはおそらく存在しなくなっているか、その「不機嫌な絆」をすり抜けて、惑星間種になっているでしょう。
ユニバース・トゥデイでは、地球の運動について興味深い記事をたくさん書いています。 ここでは、「地球の自転速度はどれくらいか」「地球の太陽周回軌道」「地球の自転速度はどれくらいか」「なぜ地球は回転するのか」「もし地球の自転が止まったらどうなるか」「太陽系のヘリオセントリックモデルとジオセントリックモデルの違いは何か」などを紹介しています。
地球の回転についてもっと知りたいなら、地球についてはNASAの太陽系探査ガイドを見てみてください。 また、NASAの地球観測所へのリンクもあります。
私たちは、地球に関するエピソードを全て収録した「Astronomy Cast」も用意しています。 第51話をお聞きください。 地球」