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地球の半径の求め方・公転との関係|緯度/km/覚え方/円周

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カテゴリ:学習

初回公開日:2018年02月15日

更新日:2018年02月15日

記載されている内容は2018年02月15日時点のものです。現在の情報と異なる可能性がありますので、ご了承ください。

また、記事に記載されている情報は自己責任でご活用いただき、本記事の内容に関する事項については、専門家等に相談するようにしてください。

地球の半径の求め方・公転との関係|緯度/km/覚え方/円周

地球の半径は2つある?そこからみていく地球の姿

人類が暮らす地球は、今では誰しもが「球体」であると知っていますが、「完全な球体ではない」ことを知らない人も少なからずはいるでしょう。

完全な球体ではないために、地球には2つの「半径」があります。この2つの半径に焦点をあてながら、これに関係する「緯度」や「自転・公転」、さらに地球の「形・姿」について、そして半径の計算方法などを解説していきます。地球の「半径」から、地球の姿を紐解いていきます。

地球とは?

地球の大きさ、半径を見ていく前に、まずは地球そのものを簡単にみていきます。

地球は太陽系第3惑星であり、進化論的には約46億年前に誕生したといわれています。地球のはじまりは、宇宙のガスや塵の集合した状態で、何もありませんでした。

それが次第に、陸地が形成され大気が発生し、そして水が生じました。雨や水が、最終的には海を齎し生命が誕生し、そうして今日の地球のような姿へとなりました。

地球の約7割を占める海によって、太陽の光の青い色だけが海底まで届くことで、地球が青く見えるようになります。

太陽系の惑星の中で、生命が存在しているのは地球だけであり、さらに地球のように豊かな水と生命力溢れる大地を有し、数え切れないほどの多種多様な生命が共存・共生している星は、いまだに確認されていません。

私たちの足元に在り、そして命そのものを育んでいる地球の姿は、まさに神秘と奇跡の象徴ともいえるでしょう。

地球の半径km

地球の姿を考えるときに、まずはその大きさを知る必要があります。そこで、地球の「半径」をみていきましょう。

地球の「半径」は、天文学において地球の赤道に対する半径を長さの単位として使用する際の数値になります。地球の「半径」は、6.3781×106 m = 6378.1 kmとなります。

地球の半径は、「GRS80準拠」楕円体や「WGS84準拠」楕円体で使用される、地球の赤道半径の定義値を基準にしています。赤道半径の実測値の最良とされている推定値は、6378136.6±0.1 m となります。

ただ、地球の半径には、赤道半径以外にも「極半径」と呼ばれるものがあります。地球の極半径は、約6356.775kmあり、赤道半径の方が極半径よりも約21.4kmほど大きくなります。

極半径については、後述していきます。

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Geodetic Reference System 1980(GRS80)は、測地学における地球の重力ポテンシャル・地球楕円体のモデルの一つである。GRS80は一つの幾何学定数と三つの物理定数を基本的に定義している。GRS80準拠楕円体は現在世界の測地系で最もよく使われている。なおGPSで用いられる測地系であるWGS84の準拠楕円体はこのGRS80にほぼ等しいものである。

【地球の形・半径】緯度との関係

今日では地球の姿は、誰しもが「球体」であると知っています。けれども、地球は「真球ではなく」、北極方向よりも赤道方向が長い楕円体をしています。

そのため、地表の測定地点で楕円体に接する面から鉛直線をおろしても「地心」には届くことはありません。このおろした線と赤道面の生じる角度を「地理緯度」と呼び、測定地点と地心を結ぶ線が赤道面と生じる角度を「地心緯度」といいます。

一般的に緯度と表現する際は、「地理緯度」のことを指しています。

【地球の形・半径】南極・北極&赤道との関係

地球は完全な球体、「真球」ではないために、地球の半径には2種類があり、「赤道半径」と「極半径」です。

まず、「赤道半径」とは、地球の中心から赤道までの距離を指します。そして、先に触れた「極半径」とは、地球の中心から北極あるいは南極を結んだ距離を指します。

地球は地軸を中心として自転し、さらに太陽を中心として公転もしているため、遠心力が生じています。その影響を受け、地球はわずかに赤道が膨らんだ、偏平な楕円体の姿をしています。

【地球の形・半径】自転・公転との関係

地球の形、半径を形作るのに、地球自身の自転や公転が深く影響を及ぼしています。その影響や関係について、みていきます。

「自転と公転の同期」が齎す影響

地球には衛星といわれる「月」が存在します。この月にも自転と公転があり、地球と月の「自転と公転の同期」が生じています。

この同期が起きる理由には、2つの天体がが比較的に近い距離に存在し、さらに相手の天体が作用する「潮汐力」が強い場合に起こります。この同期現象は、「公転」運動する固体の天体であれば、一般的に起こる可能性があります。

天体が一定度以上の質量を有すると、自己重力が強くなり、ほぼ球形をとることができます。自己重力がある2つの天体同士で潮汐力が働くと、2天体の軸方向に力が加わります。そのため、わずかに扁平した楕円体となります。

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海面の水位(潮位)は約半日の周期でゆっくりと上下に変化しています。 この現象を「潮汐」といいます。

潮汐が起こる主な原因は、月が地球に及ぼす引力と、地球が月と地球の共通の重心の周りを回転することで生じる遠心力を合わせた「起潮力(潮汐力)」です。 地球と太陽との間でも、同じ理由でやや小さい起潮力が生じます

Not a Perfect Globe!ホントの地球の形とは?

地球を楕円体として捉え、それを正確に測定するのに、現代では人工衛星が非常に役立っています。そこで、この人工衛星による測定によってわかる地球の正確な形をみていきます。

一方、地球が「球体」ではなく、「平面」であると考えていた時代があります。けれども、その平面説を唱えていた時期については、世界の各地で差が生じています。

ここでは、地球を「球体」と捉えた時代、地球楕円体測定の歴史、さらに「ジオイド」についても解説していきます。

地球楕円体

地球が完全な球体ではないということは、先にも軽く触れてきましたが、人工衛星やレーザー光を用いることで、地球の「完全」な姿を捉えることができます。

人工衛星は地心の重力からの影響を受け、軌道を微妙に変化させながら、地球の周囲を回ります。そのため、地球の中心からの距離を計測できます。そして、地上と人工衛星との距離を計測することで、その差分(地球の中心~人工衛星までの距離ー地表面~人工衛星までの距離)が、地球の半径ということになります。

人工衛星を活用することで、地球の大きさや形を非常に正確に算出することが可能になります。その結果、赤道半径が約6,378km(僅かな誤差が生じてしまうため、「約」とつけています)である一方で、極半径は約6,357kmとなることが判明しています。

このように、赤道がやや伸びた(膨らんだ)楕円体の姿を成すのは、地球の自転と公転による遠心力が影響しているためです。