地軸

地軸とは

地軸（ちじく）とは、地球が自転を行う際の軸、すなわち自転軸を指します。具体的には、北極点と南極点を結ぶ直線であり、この直線は運動しません。この地軸という概念は地球以外の惑星や衛星にも当てはまります。しかし、ここでは特に地球の自転軸に焦点を当てて説明していきます。

地軸の傾き

地球は、太陽の周りを公転するだけでなく、公転軌道上で独楽のように自回転しています。この二つの運動はそれぞれ公転面（黄道面）と自転面（赤道面）によって関連付けられます。

地球の自転軸は、公転軸に対して約23.4度傾いています。これは、公転面に対しても同様に関連し、地軸と公転面の角度は約66.5度となっています。自転軸が公転軸と平行であった場合、地軸は公転面に対して垂直になり、角度は90度となるのですが、地球の場合はその角度が傾いているため、季節の変化が生じます。

地軸と季節の変化

地軸の傾きは、特に季節の移り変わりに大きな影響を与えます。例えば、北半球では夏になると太陽の高度が高く、昼間の時間が長くなります。一方で冬になると、太陽は低い位置にあり、昼の長さが短くなります。これにより、地表に届く太陽エネルギーの量や日照時間が変化し、四季が生まれるのです。

また、北回帰線においては、年に一度、夏至の日には太陽の南中高度が90度になります。この現象は、北極圏や南極圏でも異なる方式で観察され、北極圏では夏至の時期に太陽が常に沈まない白夜、冬至時には日が昇らない極夜が見られます。このように、地軸の傾きが季節や太陽の動きに密接に関わっているのです。

地軸と北極星

地軸の性質の一つとして、常に一定の方向を指す点があります。このため、北極星は北半球において、1年を通じて同じ位置に見えます。観測者がいる緯度によって北極星の見える高度が決まり、この高度を測定することで、観測者の緯度を知ることが可能です。GPSが普及する前の時代、北極星は航海術において重宝されてきました。

ただし、地軸は長い時間スケールで見るとその向きが変化することがあります。これを歳差運動と呼びます。この運動はコマの首振りのように日常的に観察できるもので、地軸の歳差運動には約2万5,800年の周期があるため、これは長いスパンで変化する現象です。

地軸の傾きを測定する方法

地軸の傾きを明らかにするには、北極星の高度から観測地点の緯度を測定します。例えば、北極星が直接真上に見える場合、その緯度は90度に相当し、反対に水平線で見える場合は0度です。また、冬至の日の最も短い日照時に高さhの物体の影の長さlを測ることで、太陽の高さを計算できます。具体的には、次の式を用います。

\[ θ = \tan^{-1}\left(\frac{h}{l}\right) \]

この計算から、北半球における地軸の傾きは次のように示されます：
\[ φ = 90 - x - θ \]

この測定法を用いることで、地軸の傾きを算出することが可能です。

他の惑星の地軸

地球以外の惑星においても、地軸の傾きは様々です。太陽系では、地軸傾斜角が最も大きいのは天王星で、97.86度という極端な傾きを持っています。一方で、水星はわずか0.01度しか傾いていません。

さらに、太陽系外の惑星の地軸傾斜角は、正確に観測されることが難しいため、確認例がほとんどありません。ガス惑星に関しては、表面の動きから計算された回転軸が、コアの回転軸とは異なる場合も観察されています。

地震による地軸への影響

超巨大地震が起きると、その影響で地形が変化し、地軸が僅かにずれることが知られています。実際に、地震の前後で自転周期がわずかに変化した事例もあり、2004年のスマトラ沖地震や、2010年チリ・マウレ地震、2011年東北地方太平洋沖地震などで、自転周期が微妙に短縮されたとの観測結果があります。

関連項目

• - 赤道傾斜角

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