地球の自転と一日の長さ

天体についての学習をしています。
手元にある参考書には地球は23時間56分で１自転していると書かれています。そのあとに「恒星は23時間56分で日周運動をしている」という記述があって、これは納得がいくのですが、その続きに「太陽は24時間で天球上を一周する」という記述があります。この4分の違いはどこから来たのでしょうか。また、そもそも、1日とはどのようにして決められているのでしょうか。もし「地球が１自転するのに要する時間」だとしたら、一日に4分ずつのずれがあって、一年で24時間のずれが発生してしまうと思うのですが・・・
なんだかとても気持ち悪いので、回答よろしくお願いいたします。

No.9 ベストアンサー 回答者： Teleskope 回答日時： 2004/10/22 22:12

　

　
１．
　昨年の春分から 今年の春分までの 実際の時間を見てみましょう。NASAやアメリカ海軍天文台の観測データを拾えば計算できます。

　春分点通過時刻（協定世界時）；
　　2004年3月20日 06:49 秒以下不明
　　2003年3月21日 01:00 同
　引くと
　　1年 = 365日 5時間 49分　（2004年はうるう年）
　　　　　= 365日と20940秒
　　　　　= 31,556,940秒



２．
　次に、遠い星を基準にして測った 地球の自転時間のデータがあります
　　86164.09054秒
　　= 23時間 56分04秒09054
のようです。(1995年値らしい)

　この二つから １年間の自転回数 が分かります
　　１年間の自転回数 = 春分から春分までの時間 ÷ 自転の時間
　　 = 31,556,940秒 ÷ 86164.09054秒
　　 = 366.2423615 回転/年
です。
宇宙空間から地球を見てれば こう見えます。
地球上に居て太陽を見てると、公転のために回転が１つ打ち消されて、

　　太陽の周回数 = 365.2423615 回転/年
に見えます。
地上から見た太陽が回る回数 すなわち「１年の日数」です。これが「春分回帰年」と呼ばれています。



３．１日は何秒か？
理想的な計算では
　　１日24時間 = 24×60×60秒 = 86400 秒
ですが、
実際は
　　１日の時間 = 春分から春分の時間 ÷ 回帰年の日数
　　　　　　　　　 = 31,556,940 ÷ 365.2423615
　　　　　　　　　 = 86399.999908 秒
となりました。
素人計算なので精度は×ですよ。
（2003年末はうるう秒ありませんでした。）



４．
　回帰年の今昔。
時間の定義は、昔は地球が太陽を一周する時間で決めてました。これは伝統に従った定義でした。
しかし、
精密に測ったてみたら、なんと！軌道は円でも楕円でもない、つる巻バネのように 巻きながらズルズル…と移動してるのでした。しかもスピードが絶えず変動し続けてます。
　そのため、
元旦から次の元旦までの時間、同じく、春分から春分まで、夏至から夏至、秋分から秋分、冬至から冬至、自分の誕生日から次の誕生日、君の誕生日から次の誕生日、の時間が ぜんぶ違うことが分かりました。
伝統的な考えでは これらはすべて「１年」だから 同じなはずですね。
　そこで昔は、春分,夏至,秋分,冬至の周期を実測して、4つを平均した値を

　　　「平均回帰年」と定義してました。
　　　およその値は １年=365.2422日

　時間の定義もこれから決めていました。しかし地球は不規則に変化し続けるので 精度の桁数を増やせない。
そこで御存知のように、基準を「地球から原子へ」変えてしまいました。同時に１年の定義に平均回帰年を使わなくなりました。軌道が単純閉曲線でないので「４つの平均」の物理的意味が不明瞭すぎるのです。
　暦は、
グレゴリオ歴の暦法が（キリスト教が「奇跡」に固執した歴史的産物とは言え）春分が最優先であることから「春分回帰年」を使っています。（春分自体はイスラムや仏教世界でも共通の季節概念です。）
暦の計算での１年は仮想の平均回帰年ではなく春分回帰年が共通概念です。しかしネット上にはまだ平均回帰年での解説が残っており、特に日本では春分回帰年を明言してるサイトはほんのわずかなようです。できれば小学校でトレビア的雑学として教えて欲しいですね。

　　　春分回帰年のおよその値は １年=365.2424日

です。３項の計算値 １年=365.2423615日 も範囲に納まってます。

　参考までに、平均回帰年が先端科学?だった時代に咲いた「あだ花」の物語を；
http://oshiete1.goo.ne.jp/kotaeru.php3?q=884049
　
　
（No9は誤記が多いので上記のように改めます。m(_._)m ）

参考URL：http://oshiete1.goo.ne.jp/kotaeru.php3?q=884049

No.8 回答者： First_Noel 回答日時： 2004/10/20 21:08

回答はありますので

＞一年で24時間のずれが発生してしまうと思うのですが
から派生する話題ですが，
１年は３６５．２４２２日で，この端数０．２４２２日は４００年で，
９６．８８日に蓄積されます．
従って，
「４年に一度，閏年を設ける．
　但し，１００で割り切れ，４００で割り切れない年は，
　閏年としない」
と言う「閏年のルール」が暦に設定されています．
しかし４００年で９６．８８日なのに，このルールだと，
４００年で９７日になりますので，４００年で０．１２日ずれが生じます．
このずれは３３３３年で１日のずれに蓄積します．
このずれの対処は，少なくとも私が中学生の頃は考えられていなかったと思います．
今はどうか分かりませんが，もしまだだったらキモチワルイですよね．

No.7 回答者： seyber 回答日時： 2004/10/20 21:02

地球が自転しないなら、公転で

３ヶ月で９０度（６時間）
半年で１８０度（１２時間）
１年で２４時間
のずれが生じます。

地球は23時間56分で１自転しているのですが、
公転で１日に１度ずれが生じます。

※地球は１回転したのですが、公転により、元の位置に戻るには、１度不足してしまう。
＃６の計算、１度の自転時間４分。
を補正すると、２４時間になるのでは？

No.6 回答者： seyber 回答日時： 2004/10/20 20:34

地球は１日で１度移動します。

太陽は１時間で１５度移動します。
なぜか６０÷１５＝４の数値が出たんだｗ～。

誰か理論的に説明してちょーだいっ！！
ｍ（＿　＿）ｍ

No.5 回答者： Teleskope 回答日時： 2004/10/19 14:12

　

　
　地球外の、回転してない座標系に居て 眺めた光景を図にして考える習慣を付けると スッキリ整理がつきます。
その座標系で地球の回転を見たのが「23時間56分なにがし」です。

　ほとんど似てる、月の質問があったので参考に；
http://oshiete1.goo.ne.jp/kotaeru.php3?q=976811
のNo2です。

　座標系を適切に選ぶと 現象がとても単純なることが多いです、そこで見通しよく理解すれば 他に通用します。
　
　

参考URL：http://oshiete1.goo.ne.jp/kotaeru.php3?q=976811

No.4 回答者： elmclose 回答日時： 2004/10/19 12:02

南中から南中までに要する時間を考えます。

２３時間５６分で地球は自転します。
ところが、ある日の南中時点から２３時間５６分後には、地球の公転により、地球から見たときの太陽の位置は少しだけまだ東にずれています。南中までには、その分さらに地球が自転する必要があり、これに要する時間が４分です。
よって、それらをたし合わせた２４時間が、地球上での一日の長さになります。

なお、この４分が蓄積していくと、４分×３６０日で、１４４０分（＝２４時間）となります。ということは、１年の約３６５日は、地球の自転が約３６６回で、そこから地球の公転１回分の影響を差し引いたものになっています。

なお「４分×３６０日で、１４４０分（＝２４時間）」と書きましたが、この「３６０日」ではさらに余りが出てしまうため、それを調整するために設けられるのが、うるう年です。

No.3 回答者： sanori 回答日時： 2004/10/19 11:27

＃２の者です。

間違いました。逆でした。
すみません。以下と差し替えてください。

・・・

地球の公転方向と自転方向が同じだからです。


２４時間の間に、地球は太陽の周りを２４時間÷３６５日×３６０度≒１度まわっているので、
仮にもしも地球が自転していないとしても、地球が太陽に向く面は１度傾くことになります。
（要は、地球の自転がなくても、１年の間に昼と夜が１回来るということです。）

・・・・この後を差し替え・・・・

地球の公転は、昼と夜の回数を少なくする方向に回っているので、地球に昼と夜が１年の間に３６５回繰るためには、自転は１回余分に必要なのです。

結果、１年の間に地球が自転する回数は３６５回ではなく、３６６回必要なことになります。

２４時間÷（３６６÷３６５）＝２３時間５６分



・・・なお、仮にもしも、地球の自転方向が逆だとしたら、上の話も逆になり、結果は２４時間４分ぐらいになります。

No.2 回答者： sanori 回答日時： 2004/10/19 11:21

地球の公転方向と自転方向が同じだからです。

２４時間の間に、地球は太陽の周りを２４時間÷３６５日×３６０度≒１度まわっているので、
仮にもしも地球が自転していないとしても、地球が太陽に向く面は１度傾くことになります。
（要は、地球の自転がなくても、１年の間に昼と夜が１回来るということです。）

つまりは、地球に昼と夜が１年の間に３６５回繰るためには、自転は１回少なくてよいのです。

結果、１年の間に地球が自転する回数は３６５回ではなく、３６４回でよいことになります。

２４時間×（３６４÷３６５）＝２３時間５６分



・・・なお、仮にもしも、地球の自転方向が逆だとしたら、上の話も逆になり、結果は２４時間４分ぐらいになります。

No.1 回答者： nanao_firefly 回答日時： 2004/10/19 11:18

私も同様な疑問は持っていたのですが、詳しくは調べていませんでした。

ふと考えてみたら公転の影響もあると思いました。公転することで地球自体の位置が太陽からズレていくので、残りの４分は説明がつくのではないかと。
　下のＵＲＬの真ん中あたり、３番目のコラムを参照していただければ、わかるかと思います。

参考URL：http://www2.ocn.ne.jp/~hara01/jikan.htm