地球が太陽の周りを回っているのはどうしてわかるのですか？

質問

地球が太陽の周りを回っているというのはどうしてわかるのですか。
地球の周りを他の物が回っていると考えても万事が説明できるような気がするのですがどうでしょう。
ばかばかしい質問ですが、教えて下さい。

回答No.13

apple-man

＞地球の周りを他の物が回っていると考えても万事が説明できるような気がするのですがどうでしょう。

　私もそう思いますが、他の方の書き込みを
見ていると少数派のようです。

　皆さん太陽の周りを地球が回っているのがあたりまえ
というご意見のようですが、でもその反対だと考えると
物理的にどう矛盾が生じるかの説明は
１）日常的感覚に持ち込む
２）暗黙のうちにニュートン物理学でいう絶対空間の考えに持ち込む
ことで説明されており、不完全な回答です。

　みなさん学校で教えられた太陽系の図が頭から
離れないのだと思います。

＞ばかばかしい質問ですが、教えて下さい。

　ばかばかしくはないです。２０世紀に発展した
相対性理論の基礎になるもろもろの疑問に通じています。

　レンツの法則というのがありまして、コイルに磁石を
急に近づけるとコイルに電流が流れるんですね。

　これをもし机の上に固定したコイルに、手で持った磁石
を近づけていると考えると、
１）日常的感覚では
　磁石がコイルに近づいているのはあたりまえ
２）ニュ－トンの絶対空間の考えでは
　どこかを動かぬ原点と見ているので、
　原点の取り方によって、どちらが、あるは
　互いに近づいていることは明確になります。

　しかし、実際にはコイルと磁石、どちらが動いているか
あるいは相互に動いているのか、物理的（現代物理的）には
区別がつかない。どう動いても相対的な運動の差があれば
電流は流れてしまう。それを示したのがレンツの法則。

　ご質問された方の内容に、「過去の偉大な業績はいいので、
２０世紀の物理学上の新事実の範囲でご回答下さい」と付け加えれば、
皆同じ回答になるはずです。

地球の周りを他の物が回っていると考えても万事が説明できそうですね。
でもなぜでしょう？　てなことに・・・

回答No.12

nozomi500

「相対的」について。
たとえば、＃６で例にあげた「地球と月」の関係。
太陽系のレベルで観れば、けっして月は地球の周りをまわっていることになりません。地球と月が「追いかけっこ」をしながら太陽の周りを回っているだけで、月だけの軌跡をとれば、正１２角形をふくらまして丸くした形で太陽の周りを回っています。

しかし、「地球・月」の関係でみたとき、月が地球の周りをまわっていると表現することは間違っていません。
月を基準にして、地球その他の太陽系が月の周りを回っている、とは考えないでしょう。
自転車で転んだ時、「自転車はこけていない、地球がこけたんだ。」というのに等しい議論だと思います。

銀河系の移動については、「距離」でなく、「角度」の問題です。
銀河系が動いているから年周視差が観測できない、というのは、たとえば
さきに例にあげられている「電柱」と「月」との視差で、「いや、月はものすごい速さで公転して、歩くよりよほどの距離を移動しているから、電柱との視差は考えられない」というようなものだと思います。

回答No.11

nozomi500

＃６です。
８，９で展開されてるので、とくに私が何を言う事もないのですが、
「公転によって起こる歪み」というのが、実際に地球で観測されるかどうか、ということはいかがでしょう。（自信あり？）
潮の干満でさえ、「地球の周りを回っている（正確には、質量の大きい地球のほうを公転の中心において回りあっている）」月の重力のほうが影響が大きいわけですから、太陽の周りを公転している影響がどこにあらわれているか？
したがって質問にある「公転している根拠」としては、「根拠にはならない」と考えるのが妥当だと思います。

「公転の中心」は、先の回答にあるように、文句なく太陽です。重心が太陽にあるから。
太陽自体、地球で観測できないほどわずかでしょうが、惑星の重力で「干満」が起こっているはず。

しかし、「年周視差」（変換で出ない）って、見つかったの新しいんですね。コペルニクスが苦労するわけだ。

回答No.10

apple-man

No.9について補足

　この問題、質問される方がどのように考え疑問に思われて
いるか分かりせんが、具体的な条件を考えていけば行くほど
疑問のほうが深まるはずです。

　私の説明(No.7)も不完全であることは十分、分かっていますが、
年周視差やドップラー効果のような相対的関係を考える
限り、どちらが本当に動いているのか決められないのです。
　サイレンを鳴らしたまま止まった救急車の横を車で
通り過ぎてもドップラー効果は観測できる。

　そこで説明にかなり無理はあるが、自転と遠心力だけで
説明したんです（No.7)。　これなら周囲との比較なしに運動を
測定できる（ように見える？）。

　あと年周視差を否定はしませんが、こう考えると疑問が湧く
はずです。

　太陽系は銀河の端のほうにある。銀河は回転している。
銀河自身も移動している。
　地球が太陽の回りを半周して反対側に来たとき、太陽系自身は宇宙空間を
地球の公転軌道の径以上に移動している。単純に年周視差が
測定できるだろうか？

　地球上で星を観測して年周視差を測定する場合、
地球の公転軌道の直径分の移動しか計算に入れません
よね。全体の移動を考えるとこれじゃ計算できない？

　この話が正しいと思って話してはいませんが、
どこがおかしいか？

　銀河はものすごくゆっくり回転している、太陽系は
止まっているなんて言わないで下さいね。（笑）

回答No.9

puni2

さて，端的に質問にお答えしましょう。
地球の公転を直接示す証拠をいくつかあげておきます。

1.年周視差
自分の真正面に電柱が立っているとします。このとき，自分が一歩右に出ると，電柱は真正面よりも左の方向に見えます。
このように，見る位置が変わると，見える方向が変わります。この変わる角度を視差といいます。
しかし，その電柱のずっと向こうに富士山が見えるとして，一歩右に出ても，富士山の見える方向は変わりません。
本当は富士山も一歩ぶん左にみえているはずですが，富士山までの距離が遠いので，角度の変化はごくわずかです。
よく小さい子が「ねえ，どうしてお月様ってどこまでもついてくるの？」ってきいたりしますが，これも月がうんと遠いので，視差がごくわずかだからです。
このように，視差をはかると，その大小によって，見ている相手までの距離が分かります。

さて，地球の公転によって生じる視差を年周視差といいます。
地球は太陽の回りを1年で一周しているので，いま（11月26日）地球がいる場所と，半年後にいる場所は，太陽をはさんでちょうど反対側になります。
両者は約3億キロ離れています。
これだけ離れたところからみると，今日右にみえている星が，半年後には少し左にみえたりします。これが年周視差です。
デンマークの天文学者，ティコ・ブラーエは，コペルニクスが地動説を発表したあと，もしそれが正しければ年周視差が見られるはずだと考えて，一生懸命観測しましたが，当時の技術では検出できず，結局「地動説は誤りだ」という結論を出しています。
恒星は遠すぎて，もっとも近い星でも年周視差は0.772″ですので，まだ望遠鏡が作られて間もない当時の観測技術ではとても無理だったようです。
（ちなみに，1″は一秒と読みます。1°の3600分の1の角度です）
地動説に賛成する人は，年周視差が検出されないのは恒星があまりにも遠いことを示している，と考えていたようですが…。
最初の年周視差の検出は，ベッセルらによって1838年に行なわれたそうです。

2.光行差
風がない時，雨の中にまっすぐ立っていると，雨は真上からふってきます。
しかし，歩き出すと，雨は少し前からふってくるように見えます。傘をまっすぐ指していると，体の前が濡れてきます。
自転車にのると，さらに雨の降り方は斜めになります。
これと同様に，星からの光が地球に降り注いでいる中を，公転によって地球が進んで行くと，星の光はすこし前から来るようにみえます。つまり，星の位置が少し前方に移ったようにみえます。
この現象を光行差（厳密には年周光行差，これに対して，自転によるものを日周光行差）といいます。
少し前方といっても，実際には最大で20.5″と，これもわずかなものです。
こちらは年周視差より早く，1727年にブラッドリーが発見しました。

3.視線速度の変化
救急車が近づいてくると，サイレンの音は本来の音よりも少し高く聞こえ（周波数が高くなる），遠ざかる時は本来の音より低く（周波数が低く）聞こえます。これをドップラー効果といいます。
本来の音というのは，救急車が（自分からみて）止まっている時の音です。中に乗っている人は，走行中であっても本来の音の高さで聞いていることになります。
さて，光も音と同じく波ですので，これと同様の現象が起こります。
星からの光を観測していると，1年間のサイクルで，実際よりも青くなったり（周波数大），赤くなったり（周波数小）します。
といっても，実際の変化はごくわずかですので，本当に目で見て色が変わるほど大きな変化ではありません。
しかし，スペクトルを分析して光の波長を調べると，本来の波長よりずれていることがわかります。（周波数と波長は反比例する）
半年ごとに，波長が少しだけ長くなったり，短くなったりしています。
では，本来の波長はどうやって分かるのでしょうか。まさか救急車のように乗ってみるわけにも行きません。
実は，星からの光にはいろいろな原子が出す光が含まれていて，どの原子がどういう状態のときに出す光の波長はどれだけか，ということが実験で確かめられます。
それを元にして，観測された波長とのずれを求めることができます。

視線速度から年周変化を差し引いても，まだ本来の波長とずれていることがあります。これは，その星が実際に地球に対して近づいていたり，遠ざかっていたりするためです（固有運動）。

（長々とすみませんでした。なるべく分かりやすい回答を心がけたつもりですが，いかがでしょうか…）

お礼

年周視差という言葉の意味が分かりました。この質問の答えを言うのにかなりの人が使っている言葉なので、知っているととても楽に読めます。助かりました。

回答No.8

puni2

No.4の回答は，遠心力一般について述べたつもりかもしれませんが，このまま読むと，自転と公転を混同しているように見受けられます。
少なくとも，質問者の方をいたずらに混乱させるだけでしょう。少し補足しておきます。

赤道付近では重力が北極・南極より300分の1ほど小さくなるのは確かですが，それは地球の自転によるものです。
回転による遠心力は，回転の中心からの距離に比例し，また回転の角速度の2乗に比例します。
もしおっしゃているような，公転による遠心力を議論するのなら，公転の中心（事実上太陽といっていいでしょう）からの距離を考えなくてはなりませんが，なぜそれが曲より赤道で大きくなるのでしょうか？
太陽に面している側（要するに昼間）の地点では，極よりもむしろ赤道上の地点のほうが，太陽に近づきます。
とはいえ，太陽～地球の距離に比べると，地球の半径は2万分の1以下ですので，近づくといっても大したことはありません。
もし極と赤道上での遠心力の差を論じるのであれば，それは主として自転によるものというべきで，質問者さんのきかれている公転の話とは区別すべきでしょう。

さらにNo.7でも「地球は真の球にはなっていないはず。」とあります。
確かに，地球は球よりは回転楕円体（楕円をくるりと一回転させた形）に近いのですが，それがなぜ（少なくとも主に）公転の影響といえるのか，疑問です。
素朴に考えれば，むしろ自転の影響と考えたほうが自然に思われるのですが。
ちなみに，極半径はおよそ6357km，赤道半径は6378kmで，298分の1ほど赤道方向に膨らんでいます。この数字を扁平率といいます。

>太陽対木星、土星、が互いに周りあう連星の中心に地球があれば
>天動説を持ち出すまでもなく、地球の周りを他の惑星が回っていることになる。
これもよく分かりません。
太陽と地球の2天体を考えると，両者は共通重心のまわりを公転しているわけですが，太陽の質量は地球の130万倍以上もあるので，共通重心は事実上太陽と考えてよいでしょう。
そのへんの事情は，他の惑星が入ってきても同じで（木星でさえ質量は太陽の1000分の1もない），太陽と地球を考えていた時よりも多少位置は揺れ動くものの，やっぱり太陽の（光っている部分の）なかに留まる程度でしょう。
そこでなぜいきなり中心に地球が来るのか，あまりにも唐突で話が見えません。

回答No.7

apple-man

No.6の方が偶然私の話の続きをしてくれているので、
補足します。

＞ただ、＃４の「遠心力」は、手段としては「？」です。地球が「公転によって歪み」が出来ているでしょうか？

　どこかで地球の緯度、経度方向の距離のデータを見て下さい。
地球は真の球にはなっていないはず。

＞「どちらがどちらのまわりを・・」というのは、「両者を含めた質量」で考えることになるので、「公転の中心」から「重いほうが近く軽い方が遠い」だけで、「両者が回りあっている」と考えることになるはずです。

　太陽系の惑星は地球だけではない。それを考慮すると、
公転の中心はどこにあると思いますか？
　日本の理科の教科書などには、中心に大きな太陽が
あり、その回りを小さな惑星が回っているという
非常に単純なモデルが描かれていることが多いですが、
あなた（nozomi500さん）のいうように公転の中心など持ち出すとどうでしょう？　太陽対木星、土星、が互いに周りあう連星の中心に地球があれば
天動説を持ち出すまでもなく、地球の周りを他の惑星が回っている
ことになる。

質問している方の
＞地球の周りを他の物が回っていると考えても万事が説明できるような気がするのですがどうでしょう。

は意外に真実かもしれない。

回答No.6

nozomi500

コペルニクスが、＃５で紹介された「惑星の逆行」にたいし、「地球も火星も太陽の周りを公転するとすれば一発で解決する」ということを主張したのですね。
とうぜん、この時代にはニュートンはいなかったから、「複雑な運動」が物理法則にあわないことまで証明できなかっただろうけど。

（ちなみに、太陽からみた「地球をまわる月」は、逆行していません。地球のまえに出たり後ろに下がったりはしているけど。）

ただ、＃４の「遠心力」は、手段としては「？」です。地球が「公転によって歪み」が出来ているでしょうか？
「どちらがどちらのまわりを・・」というのは、「両者を含めた質量」で考えることになるので、「公転の中心」から「重いほうが近く軽い方が遠い」だけで、「両者が回りあっている」と考えることになるはずです。

回答No.5

First_Noel

プトレマイオスだったか誰だったか・・・は，天動説の立場に立って，
惑星の逆行運動を説明しました．
（惑星はずっと観察しているとある期間，天球を逆行する運動をする，
　それ故に「惑わせる星＝惑星」と呼ばれています．）

この説明では，地球を中心とする円盤の円周上に別の円盤が付いており，
その円盤の円周上に惑星が配置されている，と言うものでした．
これによりある程度予測まで可能だったと言います．

つまり，座標系をどう取るかによって，式の形が変形するだけで，
一部を説明することは可能ではあります．
しかし＃３さまおっしゃる年周視差等の現象は，これでは説明が出来ません．
つまり上記円盤円盤理論では矛盾が生じたことになります．
科学は自己修正機能を有します，そうして地動説と言う，惑星の逆行と年周視差を
含めた自然現象を見事に説明する理論を，（哲学的・宗教的にではなく）人間は受け入れたのでした．

回答No.4

apple-man

＞地球の周りを他の物が回っていると考えても万事が説明できるような気がす
るのですがどうでしょう。

　非常に面白い質問だと思います。
　ここで何通りか説明ができると思いますが、
　仮にその説明が納得のいくものだったとしても、
　もっと深く、いろいろと考えて欲しいです。

１）物が回転すると、回転の中心から外側に引っ張られるような力、
　いわゆる遠心力が働きます。
２）ものには他のものを引き寄せる力、いわゆる万有引力があります。

　もし地球が止まっているなら、１ｋｇの鉄の玉を持って歩いて、
　いろいろなところでその重さを量っても、どこでも同じ結果が
　でるはず。でも実際は違うのです。

Ａ）赤道付近で棒高飛びをするといい記録が出る。
Ｂ）赤道にできるだけ近いところのほうがロケットが打ち上げやすい。
　こんな話を聞いたことはないでしょうか？

　（南、北）極より、赤道のほうが遠心力が大きくなるので、
　物の重さがほんの少し軽くなるのです。
　（遠心力が働くのは地球が回転している証拠）

＞地球が太陽の周りを回っているというのはどうしてわかるのですか。

　太陽と他の惑星が地球の周りを回っている可能性はないのか？という
　質問だと勝手に解釈して答えますね。

　　惑星の運動にはいろいろな力が関係してくるのですが、
　話を簡単にするために、上に挙げた遠心力に絞って説明
　します。

　　車に乗っているときのことを思い出して下さい。
　あなた乗っている車が、右に急カーブしたします。
　そのときあなたは左側に引っ張られるような力、
　つまり遠心力を感じるはずです。

　　物が動いている方向を変える、或いは変えられると
　それは遠心力として感じることができるのです。

　　太陽も地球も、自分が回転（自転）しているだけなら、
　自分自身の作り出した遠心力だけを感じているだけですが、
　何かの周りを回って（公転して）いると、それは方向を変えながら
　動いているわけですから、上の自動車の例のようにその
　公転による遠心力も感じることになります。

　　どちらがどちらの周りを回っているかは、以上のように、
　遠心力の感じ方で分かるのですが、星（地球、太陽）がどう
　感じているか、人間が知る手段は、例えば星の歪みを測定
　すると分かるのです。

＞ばかばかしい質問ですが、教えて下さい。

　ばかばかしいなんて、とんでもありません。

　想像するに、宇宙にはここが動かぬ原点みたいなものが
　あるわけじゃないし、どっちがどっちの周りを回っている
　かなんて決められないんじゃないの？という疑問なんでは
　ないでしょうか？
　　その考えがアインシュタインの相対性理論の発想の原点
　なんです。

　アインシュタインは、一般相対性理論という論文
冒頭に、エルンスト・マッハという学者の挙げた疑問を
引用しているそうです。

エルンスト・マッハの疑問：
（噛み砕くと以下のような内容です）
・この宇宙にたった１つしか星がなかったとして、
　その星が右回りしているとか左回りしているとか
　どうしたら分かるのか？

　長くなりましたが、こんな感じでいかがでしょうか？