地軸ちじく

地軸ちじく（ちじく）とは、地球ちきゅうが自転じてんする際さいの軸じく（自転じてん軸じく）であり、北きた極点きょくてんと南極なんきょく点てんとを結むすぶ運動うんどうしない直線ちょくせんを指さす。地球ちきゅう以外いがいの惑星わくせい及および衛星えいせいについてもそれぞれの自転じてんの軸じくを地軸ちじくと呼よぶ。以降いこう、特とくに断ことわらない限かぎり本ほん項こうでは、地球ちきゅうの自転じてん軸じくについて述のべる。

地球ちきゅうの自転じてん軸じくは、公転こうてん軸じく^[1]に対たいして約やく23.4度ど傾かたむいており^[2]、公転こうてん面めんに対たいする角度かくどは約やく66.5度どである^[3]。

地軸ちじくの傾かたむき

地球ちきゅうの自転じてん軸じくの傾かたむき
公転こうてん面めんに直交ちょっこうする破線はせん（公転こうてん面めんに対たいする法線ほうせんベクトル）に対たいして自転じてん軸じく（実線じっせん）は約やく23.4度ど傾かたむいている。公転こうてん面めん（Ecliptic）と赤道せきどう面めん（Celectial Equator）も同様どうよう。

→「自転じてん軸じく傾斜けいしゃ角かく」も参照さんしょう

地球ちきゅうは太陽たいようの周まわりを回まわる公転こうてんの他ほかに、自みずからが公転こうてん軌道きどう上じょうで独楽こまの如ごとく回転かいてんする自転じてん運動うんどうをしている。この二ふたつの回転かいてん運動うんどうはそれぞれの公転こうてん面めん（黄道こうどう面めん）と自転じてん面めん（赤道あかみち面めん）もしくは公転こうてん軸じくと自転じてん軸じくとの関かかわりで捉とらえられる。自転じてん軸じくが公転こうてん軸じくと平行へいこうであれば公転こうてん面めんと赤道せきどう面めんが同一どういつ面めんとなり、地軸ちじく（地球ちきゅうの自転じてん軸じく）は公転こうてん面めんに対たいして垂直すいちょく（90度ど）である。地球ちきゅうの場合ばあいは自転じてん軸じくは公転こうてん軸じくより約やく23.4度ど傾かたむいており、地軸ちじくと公転こうてん面めんの角度かくどは約やく66.5度どとなっている。

地軸ちじくと季き節ぶしの変化へんか

地軸ちじくの傾かたむきが日常にちじょう生活せいかつに最もっとも関連かんれんするのは季き節ぶしの移うつり変かわりだろう^{[疑問ぎもん点てん – ノート]}。地軸ちじくが傾かたむいていることから、例れいとして北半球きたはんきゅうでは夏季かきに日ひが高たかく昇のぼり、昼ひるの時間じかんが長ながく、冬季とうきには日ひが低ひくく、昼ひるが短みじかい。単位たんい面積めんせき当あたりの太陽たいようエネルギーの照射しょうしゃ量りょうと日照ひでり時間じかんとが変化へんかすることで、季き節ぶしが生しょうじる。北緯ほくい23.43度ど（23度ど26分ふん）を走はしる北きた回帰線かいきせん上うえでは、1年ねんに1度ど、夏至げしに太陽たいようの南中なんちゅう高度こうどが90度どになる。また北極圏ほっきょくけんでは、夏至げしに近ちかい時期じきはに太陽たいようが常つねに沈しずまず(白夜はくや)、冬至とうじの頃ころには日ひが昇のぼらない(極ごく夜よる)。南極なんきょく圏けんではそれぞれ時期じきが6か月げつ異ことなる。

地軸ちじくと北極星ほっきょくせい

地軸ちじくは、公転こうてんの影響えいきょうを受うけないため、常つねに一定いっていの方向ほうこうを指さす。そのため、天球てんきゅうの北半球きたはんきゅうと地軸ちじくの交点こうてん付近ふきんの恒星こうせいである北極星ほっきょくせいは、1日にちのどの時刻じこくであっても、1年ねんのどの季き節ぶしであっても同おなじ高度こうど（角度かくど）に見みえる。この高度こうどは観測かんそく者しゃの居いる地点ちてんの緯度いどによってだけ決きまるので、北極星ほっきょくせいの高度こうどを測定そくていすれば（もちろん北極星ほっきょくせいの見みえる北半球きたはんきゅうにおいてであるが）、地球ちきゅう上じょうのどの地点ちてんであっても緯度いどを計算けいさんできるのである。GPSなどが発達はったつする以前いぜん、数すう百ひゃく年ねんにわたって北極星ほっきょくせいが航海こうかいなどに役立やくだってきたのは、こうした地軸ちじくの性質せいしつによる。

ただし、非常ひじょうに長ながい期間きかんを想定そうていした場合ばあい、地軸ちじく自体じたいの指さす方向ほうこうは変化へんかする。これを歳とし差さ運動うんどうと呼よぶ。歳とし差さ運動うんどう自体じたいは珍めずらしいものではなく、コマの首くび振ふり運動うんどうのように日常にちじょう観察かんさつできるものである。地軸ちじくの歳とし差さ運動うんどうの周期しゅうきは約やく2万まん5,800年ねんである。このため、北極星ほっきょくせいに該当がいとうする恒星こうせいも相対そうたい的てきに変化へんかしているように観察かんさつされる。

地軸ちじくの傾かたむきを計算けいさんする方法ほうほう

地軸ちじくが傾かたむいていること自体じたいは、季き節ぶしによって日ひの出で、日ひの入いりの時刻じこくが異ことなることから予想よそうすることができた。それでは、地軸ちじくの傾かたむき自体じたいはどのように測定そくていできるのだろうか。まず、北極星ほっきょくせいの高度こうどから緯度いど x を測定そくていする。北極星ほっきょくせいが観測かんそく者しゃの真上まうえに見まみえれば緯度いど90度ど、水平すいへい線せんであれば緯度いど0度どである。次つぎに、一いち日にちで最もっとも日ひが短みじかくなる北半球きたはんきゅうの冬至とうじの南中なんちゅう時じに高たかさ h の物体ぶったいの影かげの長ながさ l を測定そくていする。すると、次つぎの式しきから太陽たいようの高度こうど θしーた が分わかる。

$\theta =\tan ^{-1}\left({\frac {h}{l}}\right)$

北きた半球はんきゅうであれば、地軸ちじくの傾かたむき φふぁい は、

φふぁい = 90 - x - θしーた

である。

他たの惑星わくせいの地軸ちじく

地軸ちじくの傾かたむきの比較ひかく、左ひだりから^[2]
地球ちきゅう（約やく23度ど）、天王星てんのうせい（約やく97度ど）、金星かなぼし（約やく177度ど）

太陽系たいようけいの惑星わくせいにおいては、地軸ちじくの傾かたむき（赤道あかみち傾斜けいしゃ角かく）はさまざまである。太陽系たいようけいにおいて地軸ちじくの傾かたむきの絶対ぜったい値ちが最もっとも大おおきい惑星わくせいは天王星てんのうせい（97.86度ど）であり、最もっとも小ちいさい惑星わくせいは水星すいせい（0.01度ど）となる。

太陽系たいようけいの惑星わくせいの軌道きどう傾斜けいしゃ角かくおよび自転じてん軸じく傾斜けいしゃ角かく^[4]^[5]
分類ぶんるい	天体てんたい名めい	公転こうてん軌道きどう面めんの傾かたむき			公転こうてん周期しゅうき（年とし）	自転じてん軸じく（赤道せきどう）傾斜けいしゃ角かく^[6]^[7]	自転じてん周期しゅうき（日ひ）
分類ぶんるい	天体てんたい名めい	軌道きどう傾斜けいしゃ角かく^[8]	対たい太陽たいようの赤道あかみち	対たい不変ふへん面めん^[9]	公転こうてん周期しゅうき（年とし）	自転じてん軸じく（赤道せきどう）傾斜けいしゃ角かく^[6]^[7]	自転じてん周期しゅうき（日ひ）
地球ちきゅう型がた岩石がんせき惑星わくせい	水星すいせい	7.01°	3.38°	6.34°	0.241	0.01°	58.7
	金星かなぼし	3.39°	3.86°	2.19°	0.615	177°^[10]	243^[11]
	地球ちきゅう	0° 基準きじゅん面めん	7.16°	1.57°	1.00	23.4°	0.997
	火星かせい	1.85°	5.65°	1.67°	1.88	25.2°	1.03
木星もくせい型がた天王星てんのうせい型がた	木星もくせい	1.31°	6.09°	0.32°	11.9	3.12°	0.414
	土星どせい	2.49°	5.51°	0.93°	29.5	26.7°	0.426
	天王星てんのうせい	0.77°	6.48°	1.02°	84.0	97.8°^[12]	0.718^[11]
	海王星かいおうせい	1.77°	6.43°	0.72°	165	28.3°	0.671
準じゅん惑星わくせい小惑星しょうわくせい	冥王星めいおうせい	17.1°	11.9°	15.6°	248	120°^[13]^[14]	6.39^[11]
	ケレス	10.6°	—	9.20°	4.60	4°	0.378
	パラス	35.1°	—	34.4°	4.62	84°±5°	0.326
	ベスタ	7.14°	—	5.56°	3.63		0.223
衛星えいせい^[15]^[16]	月つき	5.15°^[17]			27.3日にち	6.69°^[18]^[19]	=公転こうてん
	ガニメデ	0.195°			7.16日にち	0-0.33°	=公転こうてん
	カリスト	0.281°			16.7日にち	0°	=公転こうてん
	タイタン	0.306°			15.9日にち	1.94°	=公転こうてん
恒星こうせい	太陽たいよう	該当がいとうせず^[20]				7.25°^[21]^[22]	27.3^[23]

また、赤道あかみち傾斜けいしゃ角かくを正確せいかくに観測かんそくするには詳細しょうさいなデータが必要ひつようであるため、太陽系たいようけい外がい惑星わくせいにおいて正確せいかくに観測かんそくされた事例じれいは無ない。ガス惑星わくせいにおいては、光学こうがく観測かんそくによって惑星わくせい表面ひょうめんの動うごきから計算けいさんされる軸じくと、コアの回転かいてん軸じくが異ことなるケースもある。

地震じしんによる地軸ちじくへの影響えいきょう

→詳細しょうさいは「超ちょう巨きょ大だい地震じしん § 地軸ちじくへの影響えいきょう」を参照さんしょう

超ちょう巨きょ大だい地震じしんによる地形ちけいの変形へんけいにより極ごく運動うんどうが励起れいきされ、地軸ちじくがずれることが知しられる^[24]。地軸ちじくがずれた結果けっか、地震じしんの前後ぜんごで地球ちきゅうの自転じてん周期しゅうきがわずかに変化へんかし、2004年ねんスマトラ沖おき地震じしん、2010年ねんチリ・マウレ地震じしん、2011年ねん東北とうほく地方ちほう太平洋たいへいよう沖おき地震じしんでは、いずれもマイクロ秒びょうオーダー(10^-6s)で自転じてん周期しゅうきが速はやくなったという観測かんそく結果けっかもある^[25]^[26]。

脚注きゃくちゅう

^ 公転こうてん軸じくは公転こうてん面めんに対たいする法線ほうせんベクトルと同おなじく公転こうてん面めんに対たいして垂直すいちょくである。
^ ^a ^b 国立こくりつ科学かがく博物館はくぶつかん「天王星てんのうせいは横倒よこだおしにまわっているって本当ほんとうですか？」
^ 日本にっぽん大だい百科全書ひゃっかぜんしょ (ニッポニカ)『地軸ちじく』 - コトバンク
^ 21世紀せいき初頭しょとうにおける数値すうち
^ なるべく数値すうちを有効ゆうこう数字すうじ3桁けたに揃そろえる。
^ IAU, 0 January 2010, 0h TT, Astronomical Almanac 2010, pp. B52, C3, D2, E3, E55
^ 回転かいてんの方向ほうこうを考慮こうりょした数値すうち。
^ 地球ちきゅうの公転こうてん面めん（黄道こうどう面めん）が基準きじゅん
^ "en:Invariable_plane" - すべての惑星わくせいの軌道きどうを加重かじゅう平均へいきんした仮想かそう面めん
^ 180°-177.36°=2.64°（正味しょうみ）
^ ^a ^b ^c 逆ぎゃく向むかい
^ 180°-97.8°=82.23°（正味しょうみ）
^ 180°-119.59°=60.41°（正味しょうみ）
^ CNN.co.jp 「冥王星めいおうせい、自転じてん軸じくの傾かたむきと揺ゆらぎで地表ちひょうの環境かんきょうが激変げきへん　観測かんそく結果けっか」冥王星めいおうせいの自転じてん軸じくの傾かたむきは数すう百ひゃく万まん年ねんの間あいだに約やく20度どの幅はばで変動へんどうしている。
^ “Planetary Satellite Mean Orbital Parameters”. Jet Propulsion Laboratory, California Institute of Technology. 2019年ねん1月がつ28日にち閲覧えつらん。
^ 衛星えいせいの公転こうてん軌道きどうの傾斜けいしゃは対たい「ラプラス面めん（英語えいご版ばん）」の値ね。例外れいがいは月つきの対たい黄道こうどう面めん。
^ 地球ちきゅうの赤道せきどう面めんに対たいしては18.29°から28.58°
^ 対たい月がつの公転こうてん面めん。対たい黄道こうどう面めん=1.54°、対たい地球ちきゅうの赤道せきどう面めん=24°
^ Lang, Kenneth R. (2011), The Cambridge Guide to the Solar System Archived 1 January 2016 at the Wayback Machine., 2nd ed., Cambridge University Press.
^ 太陽たいようには公転こうてんという意味いみでの主しゅ星ほしは存在そんざいしないが、銀河ぎんが面めん内うちで天そらの川かわ銀河ぎんがの中心ちゅうしんである銀河ぎんが核かくの周まわりを約やく2.2億おく年ねん余あまり（銀河ぎんが年ねん）をかけて回まわっている。
^ 理科りか年表ねんぴょう平成へいせい22年版ねんばん、国立こくりつ天文台てんもんだい、丸善まるぜん「太陽たいよう、惑星わくせいおよび月つき定数ていすう表ひょう」、対たい黄道こうどう面めん。
^ 銀河ぎんが面めんに対たいしては67.23°である（en:sunより）。
^ 赤道せきどう面めんで。緯度いど75度どで31.8。
^ 小林こばやし裕ひろし太ふとし (2012年ねん2月がつ9日にち). “最近さいきんの大だい地震じしんおよびプレート運動うんどうによる極きょく運動うんどうの励起れいき”. 北海道大学ほっかいどうだいがく・宇宙うちゅう測地そくち学がく研究けんきゅう室しつ. 2018年ねん9月がつ16日にち閲覧えつらん。
^ “Japan Quake May Have Shortened Earth Days, Moved Axis”. NASA. (2011年ねん3月がつ14日にち) 2018年ねん9月がつ16日にち閲覧えつらん。
^ “Chilean Quake May Have Shortened Earth Days”. NASA. (2010年ねん3月がつ1日にち) 2018年ねん9月がつ16日にち閲覧えつらん。