地球の自転速度あるいは自転周期の測定方法

質問

3年半ぶりとなる「うるう秒」が2012年7月1日に「午前8時59分60秒」として挿入されると聞きました。現在の1秒はセシウムを元にした原子時計で定義されるということも分かりました。さて、地球の自転周期がだんだん遅くなっているということですが、この地球の自転速度あるいは自転周期のどのようにして計測するのでしょうか?? 詳細ではなくても良いので大体のところをご教示願えれば幸いです。

回答No.2

moto_koukousei · ベストアンサー

短時間・短期間での自転速度の計測については、現行の計測技術がないと計測できません。（No.1：equinox2さんの回答の通り）

昔、こうした技術がなかった時代の自転周期については、別の方法で推定されるようです。

地球や月で公転や自転の周期や距離関係などが現状と変わらないと仮定して過去に遡って計算するといつどこで日食や月蝕が観測されるのかが計算されます。その計算と実際の観測記録をつき合わせて日付や場所のズレを調べると、自転の違いなどが推計できるそうです。このサイトには、紀元前900年～西暦1200年頃の自転周期の大きな変動の推定カーブが計算されています。http://www.wagoyomi.info/suiko/suiko.html

人類の記録が日付や場所、事実かどうか疑問がある時代や、人類が記録を残せない時代については、サンゴなどの成長が縞となって残っている日輪、年輪を調べるのだそうです。地球の公転１回の間に寒暖があると成長記録の縞でそれが残ります。一日の昼夜の成長記録が縞に残ると日がわかります。１年間に何日あったのかを、太古のサンゴやオウムガイの化石の縞で調べるそうです。また、地層を調べると海の潮の干満がパターンで残っているところがあるので、そうした堆積物の状況でも1年の日数を調べることができます。他の観測や事実確認から、公転周期が大きく変わっていないことがわかれば、1年の日数の変化から、1日の時間の変化が推定できるそうです。　http://www.geog.or.jp/journal/back/pdf114-3/p419-433.pdf　（下の図はp11/15にあります）

その他にも月の運動を調べる方法で、太古の地球の自転が1日10時間以下だったらしいという推定もあるそうです。
http://rikanet2.jst.go.jp/contents/cp0320a/contents/chishiki/answer06/index.html
「そもそも地球が誕生したころは、自転周期は5時間程度だったと考えられています。6億年前でも約22時間程度で、今よりもずっと早く自転していました。では、どうして地球の自転は遅くなっていくのでしょう。　地球の自転にブレーキをかけているのは、主に「潮汐作用」です。とりわけ月の影響が大きくあります。月は1年に約3cmずつ遠ざかっています。ぐるぐる回る地球の自転のエネルギーを、潮汐作用を通じて月が受けとっているため、月はしだいに遠ざかってしまいます。その結果、エネルギーを吸い取られた地球は、自転が遅くなります。　地球だけに限ってみれば、自転が遅くなるのはわかりやすいといえます。潮の満ち干によって移動する海水と海底との摩擦で、自転のエネルギーが失われます。正確にいえば、地球潮汐（地殻の上下）や、地球の中心の液体核、それに地球の大気と地面との摩擦なども効いています。さらに細かく調べると、地球の自転速度が遅くなっていくペースも一定ではないことがわかってきました。過去の日食の記録による調査からは、地球の気候変動が自転速度に影響を及ぼしていることや、最近の正確な地球の自転運動の研究から、大きな地震の前後で自転速度が変化してしまうことなどがわかりつつあります。」

http://www.nao.ac.jp/QA/faq/a0404.html
「地球の自転速度は、長期的には、主に「潮汐摩擦」（潮の満ち引きによって起こる海水と海底との摩擦）によってだんだん遅くなっています。 しかし、数年から20年ぐらいの期間で考えると、地球内部にある「核」の運動の変化や、地球規模での水（海水、陸水、氷河）の分布変化などが原因となって変動し、自転速度は、必ずしも一定の割合で遅くなっているわけではありません。　それでは地球の自転はどのぐらいの割合で遅くなっているのでしょう。　19世紀の約100年間の地球の自転による1日の長さの平均が24時間に等しくなるように定められましたが、1990年頃には、地球は24時間より約2ミリ秒（1ミリ秒は1秒の1000分の1）長くかかって1回転しています。1回転にかかる時間が100年間で2ミリ秒長くなっていることになりますので、もしもこの割合がこれからもずっと続くと考えると、5万年で1秒、1億8千万年で1時間長くなることになります。このことはつまり、1億8千万年後には、1日の長さが25時間になってしまうということを意味しています。　しかし、この割合でずっと地球の自転が遅くなり続けるのかどうかはわかりません。現に、2003年現在、地球の自転を観測すると、地球は24時間より約1ミリ秒長くかかって1回転しています。1990年のころと比べると、地球の自転速度は、むしろやや速くなっているのです。」

お礼

その道の専門家の方でしょうか。詳細な解説、誠にありがとうございます。太古の昔の日食や月食の検証だなんて、とってもロマンがありますよね。そういった研究をされている方々がいらっしゃるなんて素晴らしいです。地球の自転速度が変化しているとはいっても、何十年もかけて24時間でミリ秒の単位だなんて、十分に正確ですよね。昔の時計よりも正確です。(笑)　そんな正確な地球は素晴らしいです。それ以上にそれを計測するツールを持っている人間もさらに素晴らしいですね。

回答No.1

equinox2

こちらをご覧ください。ほぼリアルタイムで計れるほどに進化

http://www2.nict.go.jp/w/w114/stmg/ivstdc/siryou/2007/NWC2007/e-VLBI.pdf

お礼

ありがとうございます。電波望遠鏡で、遠くの星からの電波を捉えるんですね。遠ければ遠いほど正確な測定ができるんですよね。この方法で地球の位置の計測にも使用されていると聞いたことがあります。テクノロジーの進歩、すごいですね。