恒星日

恒星日（こうせいにち）

恒星日とは、天文学において、遠方の恒星を基準として観測される地球の自転周期に基づいた時間間隔を指します。地球から見て非常に遠くにある恒星は、地球の公転運動による見かけの位置変化（年周視差）が非常に小さいため、天球上での相対的な位置がほぼ一定であるとみなすことができます。この恒星の見かけの動き、すなわち日周運動を利用して定義されるのが恒星日です。

視恒星日

視恒星日（しこうせいにち）は、特定の恒星が観測地点の真南を示す仮想的な線である「子午線」を通過した後、次に同じ恒星が再びその子午線を通過するまでの時間間隔と定義されます。これは、地球が自転軸を中心に、遠方の恒星に対してちょうど360度回転するのに要する時間にほぼ等しいと言えます。

視恒星日の長さは、私たちが日常的に使用する「太陽日」（平均的な太陽が子午線を通過してから次に通過するまでの時間、約24時間）と比べて、約3分56秒ほど短くなっています。具体的には、太陽日が86,400秒であるのに対し、視恒星日はおよそ86,164秒です。

恒星日と太陽日の差が生じる理由

この約3分56秒という差は、地球が自転と同時に太陽の周りを公転していることによって生じます。

地球は、北極側から見ると反時計回りに自転しており、太陽の周りを公転する軌道運動も同じく反時計回り（順行）に行っています。地球が恒星に対して正確に360度自転し、ある恒星が再び子午線に来たとしても、その短い時間の間に地球は公転軌道上をわずかに移動しています。そのため、太陽が再び見かけ上同じ方向（子午線）に来るためには、地球は恒星に対して360度自転した角度に加えて、その日の公転によって軌道上で移動した分だけ、さらに自転する必要があります。この追加で自転にかかる時間が約3分56秒に相当し、結果として太陽日が恒星日より長くなるのです。

太陽は恒星とは異なり、地球の公転によって天球上を日々移動しているように見えます。この見かけの移動速度は、およそ1日に約1度弱です。したがって、地球は恒星に対して360度自転する時間よりも、さらにこの約1度弱を追加で自転する時間だけ長く回転しないと、太陽は再び同じ相対的な位置に戻ってこないということになります。この約1度弱を自転するのにかかる時間が、約3分56秒なのです。

1年間の日数の違い

この恒星日と太陽日の長さの違いは、1年間の日数の数え方にも影響します。太陽日を基準にした私たちの暦では、1年は約365.24日です。しかし、恒星日を基準にして地球の自転回数を数えると、1年間で約366.24回自転していることになります。これは、1年間で地球が公転軌道を一周することで、恒星日で見ると太陽日よりも丸一日分多く回転していることになるためです。

平均恒星日

視恒星日は、地球の実際の自転や公転のわずかな変動（章動や極運動など）によって、日々その長さがわずかに変化します。時間の標準としてより安定した時間間隔を提供するために用いられるのが「平均恒星日」（へいせいこうせいにち）です。

平均恒星日は、観測に基づいた視恒星日のように実際の天体（恒星）の子午線通過ではなく、「平均春分点」と呼ばれる仮想的な基準点の子午線通過に基づいて計算されます。平均春分点は、地球の運動に伴う複雑な変動を平均化して定義された天文学上の基準点であり、これを用いることで恒星日の長さを一定に保つことができます。

恒星時との関連

恒星日を基本的な時間単位として用いられる時刻系が「恒星時」です。恒星時において、深夜0時（0時）と定義されているのは、この平均春分点が見かけ上、観測地点の子午線を通過する瞬間です。恒星時は、主に天体観測において、特定の天体が観測地点の空のどの位置にあるかを知る手がかりとして利用されます。

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