惑星の軸を中心とした地球の自転のアニメーション

ネパールのヒマラヤ山脈の上の北の夜空のこの長時間露光の写真は、地球が回転するにつれて星の見かけの経路を示しています。

地球の自転は、至点の数週間前の2016年5月29日にDSCOVR EPICによってイメージされました。

地球の回転または地球のスピンは、それ自身の軸の周りの惑星地球の回転だけでなく、空間内の回転軸の向きの変化です。 地球は、進行方向の動きで、東へ自転します。 北極の星の北極星から見ると、地球は反時計回りに回転します。

北極は、地理的な北極または地上の北極とも呼ばれ、北半球で地球の自転軸がその表面と出会う地点です。 この点は、地球の北磁極とは異なっています。 南極は、地球の自転軸が南極の表面と交差するもう一つの点です。

地球は太陽に対して約24時間に1回自転しますが、他の遠い星に対しては23時間56分4秒に1回自転します（下記参照）。 地球の自転は、時間とともにわずかに減速しています;それゆえに、1日は、過去には短くなっていました。 これは、月が地球の自転に及ぼす潮汐の影響によるものです。 原子時計は、現代の日が1世紀前よりも約1.7ミリ秒長く、UTCがうるう秒で調整される速度をゆっくりと増加させることを示しています。 歴史的な天文記録の分析は減速傾向を示しており、1日の長さは紀元前8世紀以来約2.3ミリ秒/世紀に増加した。 科学者たちは、2020年に地球が以前の数十年で一日あたり86400秒よりも一貫して遅く回転した後、より速く回転し始めたと報告しました。 そのため、世界中のエンジニアは”負のうるう秒”やその他の可能な計時対策について議論しています。

歴史

古代ギリシャ人の間では、ピタゴラス派のいくつかは、天の見かけの日周の回転ではなく、地球の回転を信じていました。 おそらく最初のものはフィロラウス（紀元前470年-紀元前385年）であったが、彼のシステムは複雑であり、中央の火について毎日回転する反地球を含んでいた。

より一般的な写真は、地球が回転していると仮定したが、地球が太陽の周りを回転していることを示唆していなかった紀元前4世紀のHicetas、Heraclides、Ecphantusによっ 紀元前3世紀、サモス島のアリスタルコスは太陽の中心地を提案した。

しかし、紀元前4世紀のアリストテレスは、フィロラウスの思想は観察ではなく理論に基づいていると批判した。 彼は地球の周りを回転した固定星の球のアイデアを確立しました。 これは後に来た人々のほとんど、特にクラウディウス-プトレマイオス（西暦2世紀）によって受け入れられ、地球が回転すれば強風によって荒廃すると考えられた。

西暦499年、インドの天文学者Aryabhataは、球形の地球は毎日その軸を中心に回転し、星の見かけの動きは地球の自転によって引き起こされる相対運動であ 彼は次の類推を提供しました：”ある方向に行くボートの男が、銀行の静止したものが反対方向に動くのを見るのと同じように、ランカの男と同じように、固定された星は西に向かっているように見えます。”

10世紀には、一部のイスラム教徒の天文学者は、地球がその軸の周りを回転することを受け入れました。 アル＝ビルニによると、アブー-サイド-アル＝シジィ（1020年頃）は、同時代の一部の人々が信じていた考えに基づいて、アル＝ズーラクと呼ばれるアストロラーベを発明した。”このビューの有病率は、さらに状態からの参照によって確認されています13th世紀から：”ジオメーター（muhandisīn）によると、地球は一定の円運動であり、天の動きであるように見えるものは、実際に地球の動きに起因するものであり、星ではありません。”論文は、その可能性を議論するために書かれました,反論として、またはそれに対するプトレマイオスの引数についての疑問を表現します. マラガ天文台とサマルカンド天文台では、地球の自転はTusi(b.1201)とQushji(b.1403)によって議論され、彼らが使用した議論と証拠はコペルニクスによって使用されたものに似ています。

中世ヨーロッパでは、トマス-アクィナスはアリストテレスの見解を受け入れたため、十四世紀にはジョン-ブリダンとニコール-オレームがしぶしぶ受け入れた。 1543年にニコラウス-コペルニクスが太陽中心世界システムを採用するまで、地球の自転に関する現代的な理解が確立され始めた。 コペルニクスは、地球の動きが暴力的であれば、星の動きは非常にはるかにそうでなければならないと指摘した。 彼はピタゴラス人の貢献を認め、相対運動の例を指摘した。 コペルニクスにとって、これは中央の太陽を周回する惑星のより単純なパターンを確立するための最初のステップでした。

ケプラーが惑星運動の法則に基づいて正確な観測を行ったティコ-ブラーエは、コペルニクスの研究を静止した地球を仮定したシステムの基礎とした。 1600年、ウィリアム-ギルバートは地球の磁気に関する論文で地球の自転を強く支持し、それによって同時代の多くの人々に影響を与えた。 ギルバートのように、太陽についての地球の動きを公然と支持したり拒否したりしなかった人々は、”半コペルニクス”と呼ばれています。 コペルニクスの1世紀後、リッチオーリは、落下する天体に観測可能な東向きの偏向がないために、回転する地球のモデルに異議を唱えた。 しかし、ケプラー、ガリレオ、ニュートンの貢献は、地球の回転理論の支持を集めました。

経験的なテスト

地球の自転は、赤道の膨らみと地理的極が平坦化されていることを意味します。 ニュートンはプリンキピアの中で、この平坦化は1の比率で起こると予測した。:1673年にリッチェルが行った振り子の測定は、重力の変化の裏付けとして指摘されているが、17世紀末のピカードとカッシーニによる子午線長の初期測定はその逆を示唆している。 しかし、1730年代のMaupertuisとフランスの測地線ミッションによる測定により、地球の偏平性が確立され、ニュートンとコペルニクスの両方の位置が確認された。

地球の回転する基準枠では、自由に動く物体は、固定された基準枠で従うものから逸脱する見かけの経路をたどります。 コリオリ効果のために、落下体は放出点の下の垂直垂直線からわずかに東に向きを変え、発射体は撃たれる方向から北半球で右（そして南で左）に向きを変えます。 コリオリ効果は主に気象スケールで観測され、北半球と南半球（それぞれ反時計回りと時計回り）のサイクロン回転の反対方向に関与しています。

フックは、1679年にニュートンからの提案に従って、8.2メートルの高さから落下した体の予測された東向きの偏差を検証しようとしたが、18世紀後半から19世紀初頭にかけて、ボローニャのジョヴァンニ-バッティスタ-グリエルミニ、ハンブルクのヨハン-フリードリヒ-ベンゼンベルク、フライベルクのフェルディナント-ライヒによって、より高い塔と慎重に解放された重みを用いて決定的な結果が得られた。 158.5mの高さから落下したボールは、27.4mmの計算値と比較して垂直から28.1mm離れていた。

地球の自転の最も有名なテストは、1851年に物理学者のレオン-フーコーによって最初に建てられたフーコー振り子であり、パリのパンテオンの上から67m吊り下げられた鉛で満たされた真鍮製の球で構成されていた。 振子の下での地球の回転のために、振子の振動面は緯度に応じて速度で回転するように見える。 パリの緯度では、予測され、観測されたシフトは、1時間あたり時計回りに約11度でした。 フーコーの振り子は現在、世界中の博物館で揺れています。

ESOのラ・シラ天文台で頭上に見られる、南天の極の周りに星の円が弧を描いています。

真の太陽の日

太陽に対する地球の自転周期（太陽の正午から太陽の正午）は、その真の太陽の日または見かけの太陽の日です。 それは地球の軌道運動に依存し、したがって、地球の軌道の離心率と傾斜の変化によって影響される。 どちらも数千年にわたって変化するので、真の太陽の日の年間変動も変化します。 一般的に、それは年の2つの期間の間に平均太陽日よりも長く、別の2つの期間の間に短いです。 太陽が通常よりも大きな角度を通って黄道に沿って移動すると、真の太陽の日は近日点付近で長くなる傾向があり、そうするのに約10秒かかります。 逆に、遠日点付近では約10秒短くなっています。 黄道に沿った太陽の見かけの動きが天の赤道に投影されると、太陽が通常よりも大きな角度を通って動くようになるのは、至点の近くで約20秒長くな 逆に、春分の近くでは、赤道への投影は約20秒短くなります。 現在、近日点と至点の効果は、12月22日近くの真の太陽の日を平均太陽秒30秒長くするために組み合わされていますが、6月19日近くの遠日点効果によ 春分の影響は、それぞれ3月26日と9月16日の近くで18秒と21秒短縮されます。

平均太陽の日

一年の間の真の太陽日の平均は平均太陽日であり、86400平均太陽秒を含む。 現在、これらの秒のそれぞれは、地球の平均太陽日が潮汐摩擦のために19世紀の間よりもわずかに長いため、SI秒よりもわずかに長くなっています。 1972年にうるう秒が導入されてからの平均太陽日の平均長さは、86400SI秒よりも約0-2ms長くなっている。 コア-マントル結合によるランダムなゆらぎは、約5msの振幅を有する。 1750年から1892年の間の平均太陽秒は、1895年にSimon Newcombによって彼のTables of The Sunの独立した時間単位として選ばれました。 これらの表は、1900年から1983年の間に世界の天体暦を計算するために使用されたので、この第二は、天体暦の第二として知られるようになりました。 1967年には、SI2番目はエフェメリス2番目と同等になりました。

見かけの太陽時間は地球の自転の尺度であり、それと平均太陽時間との差は時間の方程式として知られています。

恒星と恒星の日

地球のようなプログラムされた惑星では、恒星の日は太陽の日よりも短い。 時刻1では、太陽とある遠い星は両方とも頭上にあります。 時刻2では、惑星は360°回転し、遠くの星は再び頭上にありますが、太陽はありません（1→2=1つの恒星の日）。 太陽が再び頭上にあるのは、3時に少し後になるまでではありません（1→3=1太陽日）。

地球の自転周期は、国際地球自転参照システムサービス（IERS）によってその恒星の日と呼ばれ、平均太陽時（ut1）の86 164.098 903 691秒（23h56m4.098903691s、0.99726966323716平均太陽日）である。 地球の自転周期は、恒星日と呼ばれる歳差運動の平均春分点に対する86164.09053083288秒であり、平均太陽時（UT1）の23h56m4.09053083288秒、0.99726956632908平均太陽日）である。 したがって、恒星の日は恒星の日よりも約8.4ミリ秒短くなっている。

恒星の日と恒星の日の両方が平均太陽日よりも約3分56秒短くなっています。 これは、地球が太陽を周回するとき（つまり366.25回転/y）に、天の基準座標系に対して1回転を加えた結果です。 SI秒単位の平均太陽日は、1623年から2005年と1962年から2005年の期間にIERSから入手できます。

最近（1999年-2010年）の平均太陽日の年平均長さが86400SI秒を超えることは、0の間で変化している。25msと1msは、SI秒での長さを得るために、上記の平均太陽時間で与えられた恒星日と恒星日の両方に追加する必要があります（日の長さの変動を参照）。

緯度と接線速度のプロット。 破線はケネディ宇宙センターの例を示しています。 ドットダッシュラインは、典型的な旅客機の巡航速度を示しています。

慣性空間における地球の自転の角速度は、(7.2921150±0.0000001)×10-5ラジアン/SI秒です。 (180°/πラジアン)×(86,400秒/日)を掛けると、360.9856°/日が得られ、地球はある太陽の日に固定された星に対して360°以上回転していることを示しています。 ほぼ円軌道に沿った地球の動きは、平均太陽に対して一度（360°）しか回転しないにもかかわらず、平均太陽が再び頭上を通過する前に、地球が固定された星に対してわずかに複数回回転する必要がある。 Rad/sの値に地球の赤道半径6,378,137m（WGS84楕円体）を掛けると、赤道速度は465.10m/秒（1,674.4km/h）になる。 いくつかの情報源は、地球の赤道速度がわずかに小さい、または1,669.8km/hであると述べています。 ただし、太陽の日の使用は正しくなく、恒星の日でなければならないため、対応する時間単位は恒星の時間でなければなりません。 これは、1つの平均太陽日、1の恒星日の数を乗算することによって確認されます。002 737 909 350 795は、上記の平均太陽時間における赤道速度を1,674.4km/hとする。

地球上の点における地球の自転の接線速度は、赤道での速度に緯度の余弦を掛けることによって近似することができる。 たとえば、ケネディ宇宙センターは北緯28.59度に位置し、cos(28.59°)×1674.4km/h=1470.2km/hの速度をもたらします。

地球の最も高い標高（緑）と、軸（ピンク）と中心（青）から最も遠い点の比較–スケールではありません

カヤンベ火山のピークは、その軸から最も遠い地球の表面のポイントであり、したがって、それは地球が回転するように最速を回転させます。

地球の軸方向の傾きは約23.4°です。 それは22.1°と24.5°の間で41000年周期で振動し、現在減少しています。

回転軸

地球の自転軸は固定された星（慣性空間）に対して移動し、この動きの構成要素は歳差運動とnutationです。 それはまた地球の地殻に関して動く;これは北極の動きと呼ばれる。

歳差運動は地球の自転軸の自転であり、主に太陽、月、その他の天体の重力による外部トルクによって引き起こされます。 極の動きは、主に自由なコアの回転とチャンドラーの「ぐらつき」によるものです。

潮汐相互作用

何百万年もの間、地球の自転は月との重力相互作用による潮汐加速によって著しく減速してきた。 したがって、角運動量はr−6{\displaystyle r^{-6}}, ここで、R{\displaystyle r}は月の軌道半径である。 このプロセスは、徐々にその日の長さを現在の値に増加させ、月が地球と潮汐固定される結果となった。

この漸進的な回転減速は、潮汐リズムとストロマトライトの観測から得られた日の長さの推定によって経験的に文書化されており、これらの測定値をまとめたところ、日の長さは600Myr前の約21時間から現在の24時間の値に着実に増加していることが分かった。 高潮時に形成される微視的な層を数えることによって、年輪を数えるのと同じように、潮汐頻度（したがって日の長さ）を推定することができるが、これらの推定値はより古い年齢ではますます信頼できなくなる可能性がある。

先カンブリア時代を通じて共鳴安定化イベントを描いた地球の日の長さのシミュレートされた歴史。

現在の潮汐減速率は異常に高く、地球の自転速度は過去にはよりゆっくりと減少していたに違いないことを示唆しています。 経験的データは、暫定的に約600Myr前の回転減速の急激な増加を示しています。 いくつかのモデルは、地球が先カンブリア時代の大部分を通して21時間の一定の日の長さを維持したことを示唆している。 この日の長さは熱駆動大気潮汐の半周共鳴周期に対応し，この日の長さでは，大気潮汐からの加速トルクによって減速月トルクがキャンセルされ，正味トルクがなく，一定の回転周期をもたらす可能性がある。 この安定化効果は、地球の温度の急激な変化によって破壊された可能性があります。 最近の計算シミュレーションはこの仮説を支持し、MarinoanまたはSturtian氷河が約600Myr前にこの安定した構成を破ったことを示唆しています; シミュレーション結果は既存の古回転データと非常によく一致した。

グローバルイベント

SIベースの日からの日の長さの偏差

2004年のインド洋地震のような最近の大規模な出来事の中には、地球の慣性モーメントを減らすことによって一日の長さを3マイクロ秒短縮させたものもある。 最後の氷河期以降に進行している氷河期後のリバウンドは、地球の質量の分布を変化させ、地球の慣性モーメントに影響を与え、角運動量の保存によって地球の自転周期に影響を与えている。

一日の長さも人工構造物の影響を受ける可能性があります。 例えば、NASAの科学者たちは、三峡ダムに貯蔵された水は、質量のシフトのために地球の日の長さを0.06マイクロ秒増加させたと計算した。

Measurement

地球の自転の一次監視は、全地球測位システム、衛星レーザー測距、およびその他の衛星測地学技術と協調した非常に長 これは、世界時、歳差運動、およびnutationの決定のための絶対参照を提供します。UT1とnutationを含む地球自転の絶対値は、非常に長いベースライン干渉法や月レーザー測距などの宇宙測地観測を用いて決定することができるが、その導関数は、GPS、GLONASS、ガリレオ、衛星レーザー測地衛星までの観測から得ることができる。

古代の観測

紀元前8世紀に始まったバビロニアと中国の天文学者による太陽と月食の観測が記録されており、中世のイスラム世界や他の場所からの観測が記録されている。 日の長さは日食の場所と時間の計算において重要なパラメータであるため、これらの観測は、過去27世紀にわたる地球の自転の変化を決定するために使用することができます。 世紀あたりのミリ秒の日の長さの変化は、日食の観測で時間と数千キロメートルの変化として現れます。 古代のデータは、地球が過去を通してより速く回転していたことを意味し、より短い日と一致しています。

周期的変動

25-30年ごとに地球の自転は一時的に1日あたり数ミリ秒遅くなり、通常は約5年続きます。 2017年は、地球の自転が減速した4年連続でした。 この変動の原因はまだ決定されていない。

原始惑星系円盤のアーティストのレンダリング。

地球の元の自転は、太陽系を形成するために合体した塵、岩石、ガスの雲の元の角運動量の痕跡でした。 この原始雲は、ビッグバンで生成された水素とヘリウム、そして超新星によって放出された重い元素で構成されていました。 この星間塵は不均一であるため、重力降着の間の非対称性は最終的な惑星の角運動量をもたらした。

しかし、月の起源に関する巨大衝突仮説が正しければ、この原始自転速度は45億年前のテイア衝突によってリセットされたであろう。 衝突前の地球の自転の速度と傾きにかかわらず、衝突の約5時間後に1日を経験していたでしょう。 潮汐効果は、この速度を現代的な価値に減速させたでしょう。

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