地球が公転している事の証明って

質問

教えてください。
（以下 正しい用語が使えているか 怪しいです。）

こども（小５）と話していて 「太陽の周りを公転していることはどうしたらわかるのか？」って聞かれました。

自転は フーコーの振り子で 納得させました。

公転は？

=============
もちろん 地球の表面にいてです。
こどもには、
「天体がチョー複雑に動いているなら 公転して無くてもよいかも。でも、合理的じゃないよね。でも、合理的じゃないだけでは 科学的な証明ではないから、地球の表面にいたら わかんないんだよ」
と 教えているのですが・・・。

回答No.17

higenotojo

「自転は フーコーの振り子で 納得させました。」とのことですが、公転もフーコーの振り子を使うしかないと思います。

地球は太陽のまわりを３６５日で１周しますが、その間に公転の分も含め、３６６回転しています。

フーコーの振り子で検出しているのは”慣性座標系”に対しての角運動なので、（緯度による補正を無視すると）１日に３６６／３６５回転するはずです。
地球が自転だけで公転していないとすると、１日に３６５／３６５回転なので、そこに１／３６５回転の差が生じます。
フーコーの振り子で（しかも低緯度で）これだけの測定精度を出す実験が簡単に行えるかどうかは不明ですが、原理的には実証できるはずです。

お礼

ありがとうございます。

補足

中途半端な質問に、時間を費やしていただきありがとうございました。

ご回答くださった方に優劣つけがたく。

「学校や塾では このような質問に答えてくれない。」とこどもは嘆いておりましたが みなさんのご回答を見せると うれしがっておりました。

また、バカな質問をすると思いますが よろしくお願いします。

回答No.16

Naoki_M

公転の証明ということでしたら、年周視差と年周光行差で十分だと思います。＃13さんの振り子を使った実験もよいと思います。でも求められているのは公転の証明ではなく、科学の教育の方法だと思うので別の方法を考えてみました。

天体望遠鏡で木星を観察してみてはいかがでしょうか。それも、望遠鏡を購入するのではなく、望遠鏡を自作するとなおよいです。市販の望遠鏡自作キットを使えば、屈折望遠鏡でも反射望遠鏡でも、それなりの性能をもった物が作れます。木星を観察すれば、うまくいけばガリレイの発見した衛星（イオ・エウロパ・ガニメデ・カリスト）が見えると思います。観察を続ければ、衛星が木星の周りを回っているのがわかります。「星の周りを回っている星がある」という事実は、地動説を裏付けるものになると思います。証明にはなっていませんが。

私自身は、100円ショップで買ってきたレンズを使って、簡単な天体望遠鏡を組み立てたことがあります。さすがに性能はよくありませんが、実際に月が見えたときは感動しました。子供の頃だったらもっと楽しめたと思いました。実際に手を動かして物を作ったり、本に載っているようなことでも自分の目で再確認してみるというのは、とてもいい経験になると思います。

どこまでが理論の適用範囲なのかを 見極める力をつけてほしいという考えには賛成します。話がずれるかもしれませんが、例えば、一言で公転といっても、いろいろな考え方があります。地球が円軌道を回っているという考え方。もう少し正確に、楕円軌道を描いているという考え方。さらに、太陽の重力だけでなく他の惑星の重力も考慮する考え方。ここまではニュートン力学に基づいていますが、実際の軌道は厳密にはアインシュタインの一般相対性理論を使わないと説明できません。でも専門的な研究をするのでない限り、正確な軌道を使う必要はありません。また、天候や海流など、地球上のことを考えたかったら、地球の自転や公転を考えずに、コリオリの力などを使って説明すれば十分です。日常生活を送る上では天動説でもそれほど困りません。極端な話、たとえ地球が月の周囲を回転しているとしても、日常生活には関係ありません。このように、用途に応じて使い分けているというのが実情だと思います。

「科学は 物事を合理的に考えるツールのひとつ」という考えはその通りだと思います。これについては、カール・セーガンやアイザック・アジモフ、スティーヴン・ジェイ・グールドが書いた、一般向けのエッセイが参考になると思います。

＃13の補足について。賢いお子さんですね。でも、ご指摘のものは「自転してないで公転のみ」の場合ではなく、「1回公転する間に1回自転している（自転の周期と公転の周期が等しい、地球と月の関係と同じ）」場合になります。

オッカムの剃刀は、～すべきである、というような行動原理ですから、仮説ではないし、証明するようなことでもないと思います。

お礼

ありがとうございます。

望遠鏡は 上のこどもの時に いい加減に作りました。
（適当に材料を集めて）
これは 面白かったです。

>極端な話、たとえ地球が月の周囲を回転しているとしても、日常生活には関係ありません。このように、用途に応じて使い分けているというのが実情だと思います。

そうなんです！これ 結構重要なのかなぁーって考えます。新聞を読んでて「地動説をしらないことが悪いこと」って感じ取れたので。

オッカムは、「行動原理」として考えるとよいのですね！それを選択するかは「個人の意思」と言うことになりますね！（「科学的結論」もそうなんですが・・。）

補足

私は 月 のイメージで １公転で１自転で考えてしまいましたが、こどもは そうではなく １公転のみを考えました。（こどもは 月の １公転で１自転は知ってます。）

回答No.15

fofof

すばらしい教育を行っておられるようで感心させられます。

みなさんの話を読ませていただいた上で、自分なりの科学観ていうものを、書かせていただきたいと思います。お目汚しになると思いますので無視していただいてかまいません…

科学というものは、基本的には常に仮説でしかないわけです。常に新しい仮説が出される中、一般的に選択され、受け入れられている仮説が正しいとされるわけです。

オッカムの剃刀は、その選択を行う我々の方針の一つだと思います。

そして、科学的であるために大事なこととして、反証可能性というものがあると思います。科学的理論(仮説)は、観測や実験を行うことにより、否定できる可能性を持っている必要があるというものです。

例えば電磁気学にしても、いまだに観測結果によっては否定される可能性を持っています。

よくあるトンデモ科学などの多くは、この点で引っかかるものが多いですよね。理論に矛盾が無くても、それを反証する手段がない理論は意味が無いわけです。反証できない理論は、何も言っていないのと同じなわけです。

例えば、No14 さんが書かれているような、特別扱いを導入し続ける理論に対しても、この点から科学的じゃないということもできます。この理論は、修正を加えていく限り、どんなあたらしい天体(観測事象)も取り込める理論なわけですから、否定をすることが不可能なわけです。

これに対して、地球や他の天体が太陽の周りを公転しているというモデルの場合は、新たな彗星が現れるたびに、理論自体は常に否定される可能性を持ちながら、そのテストを潜り抜けて行くことになるわけです。

ちなみに反証可能性に関しても、問題が無いわけではないようですが、私は科学と非科学をわける大きな指標になると思っています。

シンプル(オッカムの剃刀)かつ、自分に厳しい(反証可能性がありながら、数々の反証に耐えている)っていうのが、科学的思ってことなんだよ～みたいなものが…

あ、あくまでも私の中の科学的というイメージですが…

こういったことが、教育として自然に伝えられると良いですよね。

なんだか何が言いたいのだか発散してしまっていますが…

お礼

ありがとうございます。

「科学教？」に 染まって欲しくないんですよね～。
「科学は 物事を合理的に考えるツールのひとつ」として こどもに捉えさせたいんです。

回答No.14

shidho

んー。誰か書いてくれるかと思ったけど誰も書かないなあ。

「オッカムの剃刀」というのがあるんですよ。

簡単に言うと、質問者さんの「合理的じゃない」っていうのを別の言葉で言い換えただけなのですが。

地球が公転していなくて、他の惑星が地球の分も含めて周転円を描いて動いている、
というためには、地球が他の惑星と違う特別な星である必要があります。
(というか、そういう考えから天動説は始まっています)

でも、特別扱いすればするほど式は難しく、複雑になっていくんですね。

ところで、太陽には特別扱いするだけの理由があります。
太陽は、他の惑星と比べても極端に重いんですよ。
それは、天体観測していると地球以外の惑星が太陽を中心に回っているとわかる位に重いです。

引力は重さに比例しますから、その太陽を回らせている地球はもっと重い必要があります。
ところが、太陽より重くなると、今度は他の惑星が地球を回る必要がでてきて、
それは観測結果に矛盾します。

それとは別に、惑星を周転円の軌道においている原因もわからないままです。

これら矛盾が、地球も他の星と同様太陽の回りを公転していると仮定すると、
全くなくなってしまうのです。

そこで、
「現象を同程度うまく説明する仮説があるなら、よりシンプルな方を選ぶべきである」

となるのです。

参考URL：

http://ja.wikipedia.org/wiki/%E3%82%AA%E3%83%83%E3%82%AB%E3%83%A0%E3%81%AE%E5%89%83%E5%88%80

お礼

ありがとうございます。

オッカムの「仮説」ですね！

オッカムの剃刀 自体は （もちろんオッカムさんの思い付きではないですが・・。）証明されていないですよね。
（これ以上 難しすぎて 私では 議論できません。）

補足

オッカムの剃刀の的な発想は こどもには よく説明しています。
「ひとつの簡単なことで説明ができるとかっこいい」
「この説明が 他のことも説明できたら 簡単でしょ」
みたいな感じです。

でも そうすると、
「なんでも ある理論？でつじつまあわせをしようとする」ようになるのも嫌なんです。
（私自身 経験ありなので・・。）

どこまでが その理論の適用範囲なのかを 見極める力をつけて欲しい。フツーの学校じゃ教えてくれないです。
OJT？じゃ無いですが 日常の会話の中から 身に付ける必要があると考えています。

回答No.13

Teleskope

>>　自転は フーコーの振り子で 納得させました。 <<

　慣性座標系は有りで、恒星は当てにしないという条件ですね。
日本に居ては複雑なので すっきりするように フーコー振り子を地球回転軸（北極や南極）の真上に持って行って観察しましょう。　振り子を 太陽の方向に真っ直ぐ振らせます。振り子は地球自転を無視して一定の方向に振れ続けるはずなので、
　もし、地球も太陽も その場を動かないで回ってるだけなら 振れの方向は 太陽を向いたままですね。
　もし、どっちか分からないけど 公転しているなら、振れの方向と太陽が ゆっくりゆっくりズレるはずですね。

　このように、公転が存在してるかどうかは 振り子（やジャイロ）と相手方との位相変化で 見分けが付きます。どっちがどっちを回ってるかまでは分からなそうですが。

　さて上記のことは全て正しいのでしょうか？

お礼

ありがとうございます。

３６０度/（地球が公転する日数） 分 ずつ 振り子が毎日 ずれて行くって ことでしょうか？

わからないです。

補足

「自転してないで公転のみなら 振り子の方向は変わんないじゃん」とこどもが申しておりました。

回答No.12

tatsu99

全然回答ではありませんが、今までの回答を順に見ていき、興味がわきましたので、投稿させて頂きます。
問題となるところは、結局、地球の公転の証明方法ではなく、物事を説明するときの（又は証明するときの）方法論なのではないでしょうか。
私自身は、天文学に明るくありませんので、地球の自転、公転の証明は、他の方々の方法で良いかとお思います。私が判らないのは、地球の自転についてフーコーの振り子で実験して、何故それで、納得してしまうのかということです。地球が停止し、天体が回転しているという前提にもとずき、「振り子のチョー複雑な運動」の概念を導入すれば、地球が停止していることの説明は付くのではないでしょうか。従って、物事を説明するときに、その理論で説明が付けば、それは真理といえるのではないでしょうか。従って、極論すれば、天動説も真理であり、地動説も真理ではないでしょうか。つまり、今の時点で正しいとされていても、後々、それは誤りであるとされることもあり得ます。従って、相反する両方の理論のどちらかをとるかは、本人の問題になると考えられないでしょうか。本人にとって、無理なく、自然に受け入れられるものが、（本人にとっての）真理になると考えます。

お礼

ありがとうございます。

他の方へのお礼の欄に書いた
>なので 真実はどうなのか は わからないですね。
>あくまで 「現在の科学での真実がわかってるんだよ」って 教えてます。

って 書きましたが それを 異なった考え方をしたものですよね。

======================
そーなんですよ。公転の証明ではなくて、「科学的考察とは何なのか」的な質問ですよね。
（公転は 一例です。）

メディアなどで 「地球が廻っていると思っているこどもが多い」など 話題がありますが、正確に「教育指導要領の範囲内での地球の公転が生徒に理解・定着していない」と書くべきで、「地動説を信じているこどもが多いのにびっくり！」では 正しくない表現と感じていて このような質問をしております。

メディア・有識者などは「自由な発想ができるこどもを」と言っているのですから、「天動説・地動説を正しく理解し、どちらが真実かは本人が合理性をどちらに見出せるかで決まる」と言うことになるんだと考えます。

纏まってませんね。申し訳ないです。

補足

「天文学」のカテゴリーではなく、
「教育問題」あたりに質問するべきだったのかもです・・。
今更ですが・・・。

回答No.11

shidho

>天体の動きが 「人類が計算できるかできないか」には 関係ないと思いますが・・・。

天体の動きについてはそうですが、
天動説と地動説の違いは「天体がどこを中心として動いているか」なので、
どこを中心とするかは人が決めていいんですよ。

ただし、ある場所を中心としたときに出てくる矛盾した動きを全て、
「チョー複雑な運動」として受け入れる必要があります。

この場合は、地球と太陽の重さの違いからほぼ太陽の中心にある重心を
地球の中心にあると仮定した際に出てくる差が、その「チョー複雑な運動」になります。

お礼

ありがとうございます。

なるほど 人が決めていいんですか！
「矛盾」も 人が考えて「矛盾」してるわけですよね。
人間原理的発想なのでしょうか？

自分で 何を書いているか わかんなくなってきました。
===========================
化学系の博士号を持っているのですが、今更 こんなことで わからなくなっている自分が情けないデス。

補足

ご回答してくださった皆様へ

ありがとうございました。

科学哲学？的なことをきちんと考察したことがないので、小学生のこどもの質問で、「科学的認識」の根本が グラッときてしまいました。

なんとなく 考えが まとまってきました。

回答No.10

shidho

地球が止まっていて、他の天体が動いているという考えもありますよ。

たとえば、自転についても、「コリオリの力」というのがあります。
これは、地球が(自転せずに)静止していると考えたときに
自転によって起きる力をみかけの力としてあらわしたものです。

同様に、天動説の中でも最後まで残ったティコ・ブラーエの説だと
おっしゃる通り、チョー複雑に動いているようにすれば矛盾は生じません。
(参考URLにそれを見られるツールがおいてあります)

要は、地球の動いている分を他の星に肩代わりさせるわけです。

空に、太陽と月と火星、金星、木星、土星あとはひとからげでその他の星くらいしかなくて、
さらにそれぞれが円を描いて回っているのであれば、
これでぎりぎり矛盾のない説明ができます。

普通の生活ではこれ以上の星は必要ないし、円だろうが楕円だろうが感じないので、
この範囲までなら天動説でもいいのです。

ところが、彗星を始めとして明らかに楕円運動をしている星が
どんどん見つかって(惑星の多くもそうですね)、
木星の衛星なんかも望遠鏡の発明で発見されて、
この方法での説明(地球の動きを全て肩代わり)が難しくなっていったのです。

「天動説だと惑星の動きの計算が出来ない」くらいに天体観測の精度が上がっちゃったんですね。

難しい言葉で言うと、座標の取り方の問題です。
自転の方で言えば、気象予報の計算なんかは、
地球が自転していると考えても「コリオリの力」があると考えても同じことなので、
計算が簡単な「コリオリの力」で考えてますね。

参考URL：

http://kakuda.ed.niigata-u.ac.jp/semi/java/program/planet/planet.html

お礼

ありがとうございます。

>「天動説だと惑星の動きの計算が出来ない」くらいに
ん～ 天体の動きが 「人類が計算できるかできないか」には 関係ないと思いますが・・・。
人類が居ても居なくても 天体は動いているので・・・。

回答No.9

IAC

No.5です。

No.7は生煮えの回答なので，無視して下さい。

年周視差と年周光行差とで，星が天球上を動く軌跡の位相が90度ずれているため面白そうに思えたのですが，プトレマイオスの周天円と同様，二つの周天楕円の組み合わせを作るだけなので，任意の複雑な動きの可能性を，他の物理理論やパラメータとの整合性考えることなく仮定する場合には，何の説明仮説にもなっていませんでした。

失礼しました。

お礼

ありがとうございます。

回答No.8

eria77

小5である事に注目します。

地球儀（ボール）を持って春夏秋冬で説明します。
北緯の説明、
太陽の高度説明、
何故南、北回帰線があるのか、

小5に証明は不要です。
むしろ困惑してしまいます。
。
質問を理解させ、更に疑問を持たせる（育てる）
これが教育と考えます。

天体運動、振り子運動は、実証に数ヶ月かかりる。
数メートルの糸が必要になり、
現実的ではありません。

「見せて＾＾」
この質問には答えられない現象です。

お礼

ありがとうございます。

フーコーの振り子は ２ｍのピアノ線で夏休みに実験しました。自転の現象の説明ですから １自転で 帰結します。（低緯度ほど 動いてはくれませんが・・・）
→できる範囲で 結構実験してます。
============
確かに 星の動きは 実験ができないです。
なので 真実はどうなのか は わからないですね。
あくまで 「現在の科学での真実がわかってるんだよ」って 教えてます。