地球や惑星や星や天体の自転（回転）って？

質問

教えてください。このサイトでも検索しましたが、見つけれませんでした。冬の晴れた夜空はとても澄み切ってきれいですね。夜空を眺めていると凛とした気持ちになります。さて、質問タイトルのように天体や電子は回転（自転も含む）している？そうですが、なぜ回転しているのでしょうか？回転していない天体もあるのでしょうか？いまは回転をやめた天体とかあるのでしょうか？回転力は、どこから来ているのでしょうか？はじめから（それができ始めたときから）回転していた？それとも途中から？回転は（特に電子の回転は）いつかはとまる？また、回転の速さは一定？　すみません簡単に教えてください。むつかしい理論はたぶん理解できませんから結論だけでもいいです。よろしくお願いします。

回答No.1

noname#104477 · ベストアンサー

分りやすく説明します。
天体が自転している理由‥例えば地球
大昔岩石などがその重力で自然に集まり原始地球ができた。
この時岩石は完全に中心に向かって落ちる物ばかりではなく偏っている物が必ずある。するとおのずと自転する。
自転すれば真空の空間に浮いている訳だからそれを止める力は働かず回り続ける。

公転している理由
仮に地球が太陽の周りを公転していないとする。
その場合太陽の引力でたちまち飲み込まれ存在する事が出来ない、結局惑星は公転する以外に存在できないのです。
いずれにしてもニュートン力学と相対性理論で完全に説明できるものです。

ところが電子が原子核の周りを公転する（これは古典的な表現）、又は自転するのは一見先ほどの惑星と似ていますが原理、理論は全く異なります。
例えば電子がその軌道を小さくし原子核に吸い込まれることは有りません。

またその軌道は惑星のようにどこにも存在できると言う物ではなく所定の軌道以外は取れないのです。
また電子の公転がいつかは止まるかという問題ですが止まりません。ここも惑星と根本的に違う部分です。
これを説明する理論を〔量子力学〕と言います。

ここで先ほどの惑星の自転に関して数学的な見方を少々‥
まず自転の種類には無限のバリエーションがあると云う事を理解してください。
つまり右向きに非常にゆっくり、も少し早く、さらに早く‥又反対方向にも同じ事が云えます。

このように無限の種類が有る中で〔自転していない〕というのはその内のたった一つの状態と言う事です。
これがいかに有りそうも無い事か実感出来ると思います。

お礼

kurokuboyさま
ありがとうございます。星々の自転や回転のこと、分かり易く教えていただき、イメージすることができました。太古の昔、星々ができるころ壮大なドラマがあったんですね。また回転の種類もさまざまなんですね。夜空を見るときすこし気分も変わりそうです。ありがとうございました。

回答No.4

sanori

天体が自転している理由

まず、いったん自転が始まってしまえば、あとは、自転にはエネルギー補給は不要です。
これは自転速度が一定（等速回転運動）だからです。
車のアクセルを緩めても、自転車でペダルをこぐのをやめても、摩擦の影響で少しずつ速度は落ちていきますが、しばらく回り続けるのと似たようなことです。

ですから、最初に回転のきっかけは何だったか？
これだけがわかれば、自転の理由がわかったことになります。

星の集まりである銀河が渦巻状に回っているアニメーションって、ご覧になったことありますか？
台風のある気象衛星写真と似ている、あれです。

宇宙の誕生から少し経った後も、宇宙の中の物質はバラバラで塵（ちり）のような状態でした。
しかし、塵が均等にバラバラだったわけではなく、ところどころ、少し濃いめのところと少し薄めのところ等がありました。（「ゆらぎ」と言います）
すると、万有引力によって、宇宙のあちこちで、濃いところを中心に、その付近の塵が集まりだし、グループを作り始めました。
しかし、コントロールの良い野球のピッチャーのように、まっすぐ中心に目がけて集まるわけではなく、１個１個多少のずれがありましたし、飛んでくる方向も様々でした。
その、たくさんの方向をひっくるめると、“多数決”のように全体として１つの方向を持った渦巻き運動になりました。
これで銀河の原形が出来ました。

そして、また、その原形の銀河の中でも、ところどころにゆらぎがあり、やはり、それぞれが引力で集まってきました。
ちょっと、はしょりますが、そうして太陽系のような集団が出来、次いで、その中の惑星が出来ました。

（ちょっと難しいかもしれませんけど、＃２さんがおっしゃっているように、月はいつも地球に対して同じ方向に顔を向けているのも、渦から説明されます。）

（さらには、太陽系の中の惑星は、ほぼ全て同じ方向に自転している、ということも、渦のイメージから説明されます。＝気象衛星の写真で、台風の大きい渦のまわりに、小さい渦がぽつぽつあるのと似ています。「ぽつぽつ」が惑星に相当します。）

ただ、太陽系の惑星で、１つだけ例外がありまして、天王星だけは横向きに回転しています。
この理由として、天王星には、過去に、とてつもなくデカい天体が衝突した結果ではないかと言われています。

ほとんどの天体は自転していると考えられていますが、珍しい例として、白鳥座に１つ、自転していない星が発見されているそうです。

以下は、お時間があったら読んでください。

最初に述べたとおり、天体の自転は基本的に速さが一定なのですが、厳密に言いますと、そうではありません。
例えば、地球には満潮と干潮の現象がありますが、これは月の引力で起こっているということは有名ですが、満潮干潮による摩擦で地球自身の自転の運動エネルギーが食われてしまい、地球の自転がだんだん遅くなってきているというのは、あまり知られていないかもしれません。
大昔、１年は４００日以上あったらしい、という話も聞いたことがあります。

加えて、（私も詳しい話は知らないのですが）、地球の自転速度は微妙に速くなったり遅くなったりしているらしいです。
太陽の周りを地球が一周する間に地球が回転する回数が、きっかり整数にならないので、うるう年があるのはご存知と思いますが、
たまに（数年に１回ぐらい？）「うるう秒」というのがあります。
地球の自転が一定ならば、太陽に顔を向ける周期を１日として、それを２４で割って６０で割って、また６０で割ることにより１秒が決められるのですが、
自転が一定でないため、現代では「１秒の長さ」の定義を他のこと（とある元素の原子の現象から定義）に変えてしまいました。
そして、地球の自転運動を精密に調べている機関によって、たまに「うるう秒」の発表があって、全世界の時刻が訂正されます。
自転速度の揺らぎは不定期なので、うるう年のように、何年に１度という決まりは作れないらしいです。
そういえば、ちょうど先月、うるう秒がありましたよね・・・・・知ってました？

お礼

sanoriさま　ありがとうございました。
『揺らぎと渦』の話はイメージしやすいです。天王星のことは知りませんでした。『うるう秒』の話も正確に教えていただきよくわかります。ずっと遠い未来には１年が１００日くらいになる？

回答No.3

Scull

簡単に言ってしまうと、「回転させないようにするのが難しい」から。

天体は宇宙にありますね。何かの上に載っている訳ではないので、いわば「飛んでいる」と考えられます。このとき、周りからちょっと力が加わったとしましょう。地球で言えば隕石の落下のような現象です。この力が「正確に重心に向かう」という事はまずあり得ません。どんな形にしても、重心からずれる確率の方が高いのです。

この「重心からずれた力」が回転力の元になります。

ただ、電子のような素粒子は「回転している」とは言えないと思います。物理用語の「スピン」は天文用語の「自転(回転)」とは全然意味合いが異なっているはずです。また実際に回転しているにせよそうでないにせよ、電子の回転を観測する手段がありませんので「無意味」です(電子の表面に「模様」でもあれば話は別ですが、そんな話をしたら学者に笑われるでしょう)。

お礼

Ｓcullさま　ありがとうございます。
『重心からずれた方向の力』はよくわかりました。電子のスピンって『スピン＝回転』とばかりイメージしてました。

回答No.2

sekisei

天体の回転については天体ができたときから持っていると思っていいと思います。
天体ができるときは小さな天体が集合してできますがそれらが持っていた運動が全部足してちょうど０になることはまず無いからです。

この回転は天体の寿命を無視すれば、惑星（衛星）は公転周期と同じになる性質があります。（月が地球に同じ面を向けているのと同じ現象）
ですから止まるということも無いと思います。
太陽は・・・これについては判りません。

そして回転していない天体はまず無いと思います。
それを満足するにはその天体に全く他の天体からの重力が働かないという条件が整わないといけないと思いますが、それがまずありえないと思います。

電子は確かに本では回転していると言った表現はありますが、これはあくまでもイメージで実際は天体の回転とは全く別物と思います。
（回転しているというイメージを持ったほうが電子の性質を理解しやすいため）
仮に本当に回転していたとしても止まらないと思います。
ここは自信がないですが電子は自転０という状態はとれなかったかと思います。
（仮に０になったとしてもそれは別の粒子としてしか認識できないともいえるかもしれません）

お礼

sekiseiさま　ありがとうございます。
回転の元は天体ができるときの粗密といいますか、重さの偏りなのですね。まん丸で均一ではないからですね。電子の話は難しそうですね。