1太陽日の測定

地学実験 (天文パート)
１太陽日の測定
by S. Nishiura 2007.12.16.
1. 目的:
天文分野の学習指導に必要不可欠な i) 天体望遠鏡の組み立て方、ii) 基本的な使用方法、
iii) 投影板を使用した太陽観察の方法、の修得を主な目的とする。さらに天体望遠鏡の追尾
機能を利用して、太陽の天球上での移動速度を測定し、簡単な計算から１太陽日を算出する。
この結果を文献値と比較し、測定誤差を評価することで、本実験方法の精度や妥当性を考察
する。
2. 原理:
地球の自転は、地軸を中心とした西から東回りの回転運動である。このため太陽は、見
かけ上、天球を東から西に向けて移動することになる。これを太陽の日周運動という。日常
的な一日の長さは、この見かけの太陽の運動に基づいて決められている。しかしながら地球
は太陽の周りを約 1 年かけて公転運動しており、地球の自転運動に、この公転運動が加味さ
れるため、太陽が天球上を一周する時間は、実際の地球の自転周期よりも約 4 分長くなる。
地球の自転周期は１恒星日と呼ばれ、１平均恒星日は 23 時間 56 分 4.0905 秒である。これに
対して、太陽が天球上を一周する時間は１太陽日と呼ばれる。
１太陽日は地球から観察される太陽の運動に基づくため、比較的容易な観測と計算によっ
て導出されることが期待される。つまり地球から見て、太陽が天球上を一周するために要す
る時間を１太陽日と捉えることができる訳である。従って、太陽が天球上を移動する角速度
を ωsol (deg/s) とすると、太陽が天球上を一周する時間 Tsol (s) は、
Tsol =
360
ωsol
で、表される。
従って、望遠鏡などを用いて太陽の日周運動の角速度 ωsol を求めれば、容易に１太陽日
Tsol が求められるはずである。
3. 器具:
• 8cm 屈折望遠鏡 (ビクセン製 A80M または A80Nf)
• 赤道儀 (ビクセン製 GP2、一軸モータードライブ付き)
• アイピース (ビクセン製 PL20.0mm または PL30.0mm)
• 太陽投影板 (ビクセン製 A80M 用または A80Nf 用)
• 方位磁針、ケント紙、定規、ストップウォッチまたは時計。
4. 方法:
以下の手順で観測データを取得し、１太陽日を求める。
1. 天体望遠鏡を組み立て、太陽観測用の投影板を取り付ける (詳細は省略)。
2. 太陽投影板に太陽の全体像を投影して、フォーカスを合わせ、モータードライブのス
イッチを入れて太陽の追尾観察を行う。
3. 太陽投影板にケント紙を固定し、太陽の輪郭を丁寧になぞって円を描く。
4. モータードライブのスイッチを切ると同時に、その瞬間の時刻 (t0 ) を記録する。
5. 太陽の像が投影板上のケント紙から出ないうちに、モータードライブのスイッチを再
度入れ、同時にその瞬間の時刻 (t1 ) を記録する。
6. ケント紙上を移動した太陽の輪郭を丁寧になぞる (Figure 1 参照)。
7. 上記の観測を 3–5 回繰り返す。
8. ケント紙上の太陽の直径 2Rs と、時間 t1 − t0 の太陽の移動量 ` を測定する。
9. 理科年表などから、2Rs に相当する太陽の視直径を調べ、これと比較することで、` に
相当する太陽の移動角度を算出する。
10. 以上の測定量から１太陽日を導出する。
Figure 1: 投影板に記録された太陽の位置
5. レポート課題:
• 本実験で得られた１太陽日の測定値および測定誤差を示せ。
• 本実験による１太陽日の導出手段について、その妥当性や精度向上の方法を考察せよ。
• 本プリント「4. 方法」で省略された、望遠鏡使用のための準備や使い方、使用上留意
すべき点などを簡潔にまとめてレポートにて「付録」として報告せよ。
• 地球の自転運動・公転運動・地軸の傾きと、１太陽日・１恒星日の関連性について資料
調査を行い、レポートにて「付録」として報告せよ。
参考資料:
• 国立天文台編 (2006): 理科年表 平成 19 年, 丸善株式会社
• 国立天文台編 (2007): 理科年表 平成 20 年, 丸善株式会社
• 若生康二郎編 (1979): 地球回転, 恒星社