黄道面
太陽と惑星は一つの回転する雲から生まれ、回転する雲は円盤へと潰れます。その後のすべてがその平面を受け継ぎました。惑星がいつも空の同じ一本の線の近くにいるのはそのためです。
黄道面とは何か
黄道面とは、地球が太陽のまわりを公転する軌道が乗っている平面で、天文学の座標系では基準の 0 度としてよく使われます。地球から見ると、太陽が一年かけて天球上をたどる道筋が黄道で、これは黄道面を空に投影した円にあたります。
惑星はなぜほぼ同じ平面を回っているのか
太陽と惑星が、全体として回転していた一つのガスと塵の雲から生まれたためです。雲が収縮するとき、回転軸に沿った方向には物質が落ち込みやすく、軸に垂直な方向の運動は角運動量を保つので、雲は平たい原始惑星系円盤になりました。惑星はこの円盤の中で育ち、現在の軌道もそれぞれ黄道面から数度しかずれていません。海王星軌道までで太陽系の幅は約 60 AU ですが、主要な惑星軌道の上下方向の広がりは約 2 AU にすぎません。
黄道・黄道面・黄道帯はどう違うのか
黄道面は一つの平面、黄道はその平面が天球上に残す大円、黄道帯は黄道を中心に両側へ八〜九度ずつ広がる帯状の天域です。太陽・月・惑星はすべてこの黄道帯の中を動くので、惑星を探すのに夜空全体を見渡す必要はありません。
惑星はこの帯の上をいつも同じ向きに進むわけではありません。地球が内側から外惑星を追い越すと、その惑星はしばらく星空の中を後戻りします。惑星はなぜ逆行するのか は、逆行の教材が実際の軌道データで描いています。
惑星は空全体ではなく、ほぼ同じ帯に集まる
惑星が空の同じ帯に集まるのは、太陽系が回転する薄い円盤から生まれたためです。
太陽系は平たい円盤から生まれた
太陽系を作ったガスと塵は回転しながら縮み、円盤になりました。八惑星はその中で成長したため、現在の軌道も数度ほど傾くだけで、ほぼ同じ平面に残っています。
地球軌道の面が黄道面で、太陽が一年かけて背景星空を進む道が黄道です。他惑星の軌道面も近いため、空では黄道付近に現れます。
黄道は、この平面が空に残す道
地球にいる観測者には透明な黄道面は見えず、太陽が一年かけて背景の星空を動いていく様子だけが見えます。太陽が通るこの道が黄道で、地球軌道の面を天球に投影したときにできる線とも言えます。
他の惑星の軌道は地球とあまり違わないため、空に現れるときもたいてい黄道の近くにあります。黄道十二星座は、この天域に沿う背景の名前にすぎません。惑星がどの星座にいるかで人の性格や運命が変わる既知の仕組みはありません。
表示は小さな高さの差を誇張している
実際の尺度では数度の軌道傾斜は見分けにくいため、垂直拡大で高低差を見せます。比較には便利ですが、表示された傾きは実際の比率ではありません。
黄道十二星座はこの帯に沿う背景の名称です。惑星がどの星座にあるかによって、人の性格や運命が変わる既知の物理機構はありません。
天の川が夏の風物詩なのは、動いたのが地球だから
天の川は夏にしか出ないと思われがちですが、いつでもそこにあります。変わっているのは地球の位置のほうです。天の川のいちばん明るく太い部分はいて座の方向にあり、その方向は前に説明した帯の上にあります。つまり太陽は一年に一度そこを通過します。
12月中旬、太陽はほぼその方向に重なります。すると銀河中心は昼のあいだ空にあり、夜には地平線の下に沈みます。6月中旬になると地球は軌道の反対側に移り、日没後に太陽と反対を向く側がちょうどいて座を向くので、銀河中心は日暮れから夜明けまで見えています。春と秋はその中間で、夜の一部だけ姿を見せます。
どこまで高く昇るかは季節と関係なく、立っている場所で決まります。北へ行くほど地平線に近くなり、台北ではおよそ36度、東京では25度、ロンドンでは10度に届きません。低い空は大気が厚く光害も強いため、同じ夜でも南へ動くほどすっきり写ることが多いのです。
なぜ平たいのか
結果は直径およそ 60 AU、厚さおよそ 2 AU の太陽系です。画面に正直に描けばそれは水平な線でしかありません。上に操作がある理由も、説明文がどれだけ誇張しているかを書く理由もそこにあります。
「黄道」とはとりもなおさず地球の軌道面、私たちがたまたま乗っている平面のことです。それは基準であって法則ではありません。惑星はその上に並んでいるのではなく、互いに近く並んでいるだけで、私たちが自分の軌道をゼロに選んだのです。系全体の角運動量で重み付けした不変面は黄道から約 1.6 度離れており、理屈としてはそちらのほうが基準にふさわしい。誰も使わないのは、私たちがその上にいないからです。
二つの違う角度
海王星の軌道傾斜角は 1.77 度で、火星より土星より金星より水星より小さいのに、面から 0.94 AU も離れます。太陽からここまでの距離とほぼ同じです。水星の 7.00 度は最も急ですが 0.05 AU にとどまります。角度は尺度を隠しますが、真ん中の列は隠しません。
逆向きにも同じことが言えます。金星の軌道はわずか 3.39 度しか傾いていませんが、金星は黄道から 8.6 度も外れて見えることがあります。内合のとき 0.27 AU、太陽より近いところにいるので、同じ横方向のずれがはるかに大きな角を張るからです。水星は反対です。八つのうち最も急な軌道を持ちながら、0.55 AU より近づくことがないので、外れて見えるのはせいぜい五度ほどです。
黄道帯が帯である理由
黄道の上下 9 度の帯があれば、いつでもすべての惑星が収まります。黄道帯の幅が伝統的に八度から九度とされてきたのはここから来ています。しかも幅を決めているのは最も急な軌道を持つ惑星ではなく金星です。この幅は太陽系の形についてではなく、ここからどう見えるかについての事実だからです。
同じ帯が、惑星同士の合が起こる理由であり、月が太陽を覆える理由であり、惑星が恒星を隠せる理由でもあります。面白いことがすべて一本の線の上で起こるのは、すべてが一つの平面にあるからです。
ここでの黄道帯とは、空の一本の帯と、黄道が通る星座のことです。このページは、惑星がいまどの星座の手前にいるかに意味を与えません。
銀河中心もこの帯の上にある
銀河中心(いて座の方向)を黄道座標に直すと、黄経およそ266.9度、黄緯およそ−5.6度。前に見た半幅およそ9度の帯の中に収まります。黄道面と銀河面は平行ではなく、60.2度で交わっています。銀河中心が黄道の近くにあるのはその交わり方による偶然ですが、この偶然のおかげで「惑星がどこにいるか」と「天の川の季節」を同じ幾何で説明できます。
太陽は一年かけて黄道を一周します。12月19日ごろ、太陽の黄経は銀河中心とほぼ一致します。同じ方向にあるため、銀河中心は日中ずっと地平線の上にあり、夜には沈んでしまいます。約半年後の6月18日ごろには太陽が反対側に回り、銀河中心は日没とともに昇り、真夜中ごろ南中し、明け方まで見えています。これがいわゆる「天の川のシーズン」で、おおむね2月から10月、5月から8月が最良です。
どこまで高く昇るかは季節ではなく緯度で決まります。銀河中心の赤緯はおよそ−29.0度なので、南中高度は90度から観測地の緯度とこの赤緯の差を引いた値になります。台北で約36度、香港で約39度、東京で約25度、ソウルで約23度、ロンドンでは約9.5度しかありません。緯度が高いほど地平線に近く、光が通る大気は厚くなり、地形や地上の照明にも遮られやすくなります。
自分の都市と日付で、銀河中心が夜にいつ見え、どこまで昇るかは、天の川と銀河中心の観察の授業 で都市・月・時刻を選んで計算し直せます。
銀河中心そのものは動いていません。変わるのは地球の公転上の位置、つまり日が沈んだあと私たちが空のどちら側を向いているかです。
平たいことの帰結
これはまた、惑星がつねに空の同じ弧のどこかにいるということでもあり、その弧は太陽の昼間の道を半年ずらしたものです。六月に太陽がどこへ沈むか知っていれば、十二月の真夜中に木星をどのあたりで探せばよいかもだいたい分かります。
二つの違う角度
惑星 軌道傾斜角 面から離れる最大の高さ ここから見た最大のずれ 水星 7.00° 0.05 AU ≈ 5.0°
金星 3.39° 0.04 AU ≈ 8.6°
海王星 1.77° 0.94 AU ≈ 2.0°
よくある質問 惑星が黄道付近に集まるのはなぜですか?
太陽と惑星は一つのガスと塵の雲から凝縮しました。正味の回転が少しでもある雲は一様には潰れません。回転軸に沿っては自由に落ちますが、それに垂直な方向では自分の回転に支えられるので、円盤に平たくなります。その円盤の中で生まれたものはすべてその平面を受け継ぎ、以後それを惑星から叩き出したものはありません。
軌道傾斜角と空で見る黄緯は同じですか?
軌道傾斜角は太陽のところで測ります。軌道面と黄道面の間の角です。一方「どれだけ線から外れて見えるか」はここから測るもので、そのとき惑星がどれだけ遠いかにも依存します。二つは同じ数字ではなく、どちらも他方の上限にはなりません。
朔や望のたびに日食・月食が起きないのはなぜですか?
食がいちばん分かりやすい例です。月の軌道がちょうど黄道面にあれば、新月のたびに日食が、満月のたびに月食が起きるはずです。実際には 5.1 度傾いているので、月の軌道が黄道を横切る二点の近くでしか揃いません。食が毎月の出来事ではなく「季節」になるのはそのためです。
銀河中心はなぜ一年のうち限られた時期しか見えないのですか?
太陽は一年かけて黄道を一周します。12月19日ごろ、太陽の黄経は銀河中心とほぼ一致します。同じ方向にあるため、銀河中心は日中ずっと地平線の上にあり、夜には沈んでしまいます。約半年後の6月18日ごろには太陽が反対側に回り、銀河中心は日没とともに昇り、真夜中ごろ南中し、明け方まで見えています。これがいわゆる「天の川のシーズン」で、おおむね2月から10月、5月から8月が最良です。
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軌道要素は NASA/JPL「Keplerian Elements for Approximate Positions of the Major Planets」(Standish & Williams, 1992)より、有効範囲は 1800–2050 年。位置は幾何位置で、光行時と光行差は含みません。黄道面の教材図であり、望遠鏡の視野の再現ではないためです。
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