自転

自転についての詳細

自転とは、物体が内部の基準点や軸を中心に回転する現象を指します。この現象は、特に天体において観察されることが多いです。自転の概念は、力学における剛体の回転を含み、オイラーの運動方程式を使って表現することができます。また、自転を示す英単語「spin」は、さまざまな分野で使用される同義語ですが、特に物体の回転に関連する場合は、他の文脈での使用が目立ちます。たとえば、フィギュアスケートのスピンや自動車のスリップも、この用語で表現されます。

天体の自転

天体における自転は、その観測に使用される基準系に依存します。天体が持つ公転軌道を参考にし、その回転の度合いを自転と定義します。小惑星や彗星は公転軌道が無いため、移動方向に基づく回転が自転として考えられますが、このような場合は「スピン」と呼ばれることが多いです。また、惑星や衛星、さらには彗星など、ほとんどすべての天体が自転しているものの、はくちょう座X-1のように自転していない可能性がある天体もあります。特にパルサーは、高速で自転する中性子星として知られています。

天体内部の核を観測する手段は存在しないため、自転は主に表面の回転を基準に測定されます。ガス惑星の場合、回転の基準が確立しにくく、表面の動きが複雑になるため、磁場の観測や他の天体との相互作用を考慮して自転速度を計算する必要があります。太陽も同様で、その自転状態は明確に定義されにくいところがあります。

自転の軸は「自転軸」と呼ばれ、1回転するのにかかる時間は「自転周期」と称します。自転周期は、対象の天体が360度回転する時間を示しており、必ずしも同じ方向を向くまでの時間を意味するわけではありません。たとえば、地球は1日で1回自転しますが、太陽の位置を基準にすると、その見え方と実際の自転との間には236秒のズレが生じます。

自転に必要なエネルギーは他の天体の重力によって影響を受け、その影響は質量が小さい天体ほど顕著です。彗星や小惑星は、近くの惑星を通過する際に自転速度や軸が変動しやすいです。また、連星系のような天体同士は、公転周期と自転周期を同期させがちであり、例外もあるものの、時間と共にその状態に近づきます。地球の自転速度は、地震や衝突などの現象によって変化することもあります。たとえば、東日本大震災においては、地球の自転が0.0000018秒加速したと報告されています。

地球の自転

地球の自転は、太陽の動きに見かけの変化をもたらし、昼夜のサイクルを生み出します。自転によって発生する慣性力は、地球上のあらゆる運動に影響を及ぼし、特に大気や海流の流れ、さらには台風の運動にも関連しています。さらに、地球の液体コアで起こる対流運動が地磁気を生み出し、その対流運動も自転によるコリオリの力の影響を強く受けています。

ロケットは通常、地球の自転の影響を考慮して東に向けて打ち上げられ、これにより自転速度を加える形で発射の効率を高めます。また、人工衛星が静止するためには、地球の自転に合わせた速度で赤道上空に配置される必要があります。

地球の自転速度

地球の赤道では、自転速度は時速約1700キロメートルですが、緯度が変わるにつれてこの速度は異なります。緯度θ°では、時速1700cosθキロメートルと計算されます。地球が1回転するのにかかる時間は、約23時間56分4.06秒であり、地球内部が液体であること、また潮汐運動や海底との摩擦により、長期間で自転速度は徐々に低下しています。具体的には100年ごとに約1.7ミリ秒遅くなっていますが、短期間では変動することもあります。

自転速度の変動

自転速度の変動原因には、地震や火山活動、さらには人間の活動（ダム建設など）などが考えられます。古い文献からの記録による分析において、過去に自転速度が大きく変わった時期が確認されています。NASAの研究によると、2010年のチリ地震が自転の速度に影響を与えたことがあり、他の地震も自転に変化をもたらす要因とされています。これらの現象は、地球の自転に深く関連しており、研究が進められています。

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