地球の自転と公転（地軸の傾きと四季）

地理学は地球表面（地表）の空間におきる様々な事象を研究する学問です。
ここでは、地理で学ぶ様々な事象の前提となる地球の自転と公転について取り上げます。

地球

NASAの宇宙船「アポロ17号」から撮影した地球の衛星画像。アフリカ南部・モザンビーク沖を中心に撮影している。陸地や海洋の一部は雲で覆われ、南極大陸は雪や氷河で覆われている。出典：Wikimedia Commons, Public domain, 2024/4/7閲覧

地球は太陽の周囲を周回する惑星です。
地理で学ぶ様々な現象（雨・雪・風など）や人間の営み（都市の形成、文化、農業）は地球という星の環境を前提に成り立っています。
たとえば、地球が自ら回転すること（自転）で風が発生し、海風は陸地に水蒸気を運んで雨を降らせ、陸地で降った雨は川を流れて近くの農地の農業用水に利用されます。
そこでこのページでは、地理の前提となる地球という惑星の天体（星）としての現象に注目して解説していきます。

地球の自転

地球の自転の様子のアニメーション。NASAの探索機によって宇宙から撮影された20枚の画像を元に作成されている。地球は1日で1回転する自転を行うため、1日の間に昼と夜が存在する。地球が自転する際の回転軸（自転軸、地軸）は公転軸（太陽と地球を結んだ線）から23.4°傾いているため、時期によって地表から太陽までの距離が変わり、四季が発生する。出典：Wikimedia Commons, Public domain, 2024/4/9閲覧

地球の自転とは、北極と南極を結んだ直線（地軸）を回転軸（自転軸）として、おおよそ24時間で地球が１回転する現象のことを指します。
地球は同じ速度で自転を行っているため、地表が太陽側にあるときに昼となり、太陽と反対側に位置するときは夜となります。
地球は西から東へ自転しているため、地表から見ると太陽は東から上り西へ沈むように見えます。

地球の自転は地表の環境にも大きな影響を与えています。
昼は降り注ぐ太陽光のエネルギーによって地表の気温は上昇し、夜になると熱が宇宙空間に逃げて気温が低下します。
砂漠ではこのような１日の中での気温の変化が特に大きく、過酷な気候を作り出しています。
また、熱帯地域では、朝に太陽光に熱せされて上昇した水蒸気が雲を作り、夕方に雨となって地表に降るサイクルを繰り返します（スコール）。

このように天体としての地球の運動は、地表の気候などに大きな影響を与え、地理で学ぶ様々な現象の根源となっています。

カメラを長時間露光させて撮影した星空（チリ北部・アタカマ砂漠の海抜約2,400m地点に位置するラ・シヤ天文台）。地球は自転しているため、カメラを長時間露光させて星空を撮影すると、天体が円を描くように移動する軌跡を写すことができる。これは、地球が自転しているため発生する現象である。出典：Wikimedia Commons, ©ヨーロッパ南天文台 (ESO)/A.Santerne, CC BY 4.0, 2024/4/9閲覧

地軸（自転軸）の傾き

地球と太陽の位置関係の模式図。地球と太陽のサイズ・距離感は不正確である。地球の自転軸（地軸）が公転軸に対して23.4°傾いているため、１年の中で時期によって太陽に最も近い地点が異なる。6月下旬（北半球の夏至）には太陽は北回帰線（北緯23°26'）上にあり、12月下旬（北半球の冬至）には南回帰線上にある。この違いが北半球と南半球の季節の違いを作り出している。出典（2015年7月1日16:06版）を加工して作成。出典：Wikimedia Commons, Public domain, 2024/4/9閲覧

太陽から見ると地球の自転軸（地軸）は23.4°傾いています。

自転軸に傾きがあるため、季節によって地表と太陽との距離が変わります。
この地表と太陽の距離の違いが季節による気温差を生み出し、日本などの中緯度地域では四季が見られます。
もし地軸が傾いていないと（上の図で公転軸に垂直な面=地軸だったとしたら）、日本でも季節による気温の変化が発生せず、ずっと同じような気候が続くと考えられます。

北半球の大部分では、6月下旬に最も太陽に近くなり（夏至、げし）、12月下旬に最も遠くなります（冬至、とうじ）。
南半球はその逆です。

ちなみに日本で最も暑い時期（8月頃）や最も寒い時期（１月頃）が夏至や冬至から若干遅れるのは、海や陸地が暖まったり冷えるのにタイムラグが有るためです。

3月下旬と9月下旬には、赤道が太陽に一番近くなります。
このときは昼と夜の長さが同じになります（厳密には大気中の光の屈折の影響で昼が若干長い）。
3月下旬の方を春分（しゅんぶん）、9月下旬の方を秋分（しゅうぶん）といいます。

以上のように、地球の自転軸の傾きの影響で太陽からの距離が周期的に変化して寒暖差が発生し、季節が移り変わります。

参考

季節によって変わる日射量が気温に影響
夏に日差しが強く気温が高い一方、冬に日差しが弱く低温なのは、季節によって日射量が変わるからです。
次の模式図は、太陽光が地球に当たる際の幾何学的・物理的特性を示したものです。

地球上の位置と太陽光の入射角の違い。(a) 高緯度地域では太陽光に対して地面が斜めに位置しているため、太陽光のエネルギーが広い面積に分散するため気温が上がりにくい。一方、(b) 赤道付近では太陽光が地面に正面から当たるため、太陽光のエネルギーが分散せず気温が上昇しやすい。(b) の位置は季節によって変化し、夏至（6月下旬）には(b) が北回帰線上に位置するため (b) の位置に近づく北半球では気温が上昇し（夏）、南半球は (b) の位置から遠くなり気温が低下する（冬）。出典を加工して作成。出典：Wikimedia Commons, ©著者不明, CC BY-SA 3.0, 2024/4/10閲覧

(a) 高緯度地域では、太陽光（日射）に対して地面が斜めに広がるため、太陽光が広い面積に分散して当たります。
地表から見ると、地平線からの太陽の高さ（太陽高度）は低く、太陽が真南に来たときの高度（南中高度）も低くなります。
その結果、同じ面積が受け取るエネルギー量が少なく、気温が下がりやすくなります。
また、地球上から見ると太陽光が斜めから入ってくるため、大気中を通る距離が長くなり、エネルギーが減衰して地表に届くエネルギー量が少なくなります。

(b) 赤道付近では、太陽光は地面に正面から当たるため、狭い面積に多くの太陽光が届きます。
地表から見ると、地平線からの太陽の高さ（太陽高度）も高くなり、太陽が真南に来たときの高度（南中高度）も高くなります。
そのため、面積あたりのエネルギー量が大きくなり、気温が上がりやすくなります。
地球から見ると真上から太陽光が入ってくるため、大気中を通る距離が短くて済むため、エネルギーの減衰が少なく地表に届くエネルギー量も多くなります。

地球の自転軸（地軸）は傾いているため、(b) の位置は一定ではありません。
夏至（6月下旬）には (b) は北回帰線（北緯23°26'）上に位置するため、北半球は (b) に近い位置関係となり、太陽から受け取るエネルギーが大きいため気温が上昇します。
反対に冬至（12月下旬）には (b) は南回帰線（南緯23°26'）上に位置し、北半球は (a) に近い位置関係となり、太陽から届くエネルギーが少なく気温が低下します。

以上のように、自転軸の傾きが季節によって太陽から受け取るエネルギー量の差を生み出し、気温の変化を引き起こしています。

地球の公転

地球の公転の模式図。地球は太陽の周りの決まった軌道を周回する惑星であり、太陽の周りを約１年で１周する。地球の自転軸（地軸）が傾いているため、季節によって太陽に近い位置が変わり、季節による気温の変化を引き起こす。出典（2006年7月7日08:51版）を加工して作成。出典：Wikimedia Commons, CC0, 2024/4/10閲覧

地球の公転とは、地球が太陽の周りを約１年で１周する現象のことです。
地球の自転軸（地軸）が傾いているため、季節によって地球上で太陽に最も近い場所が変わります。
その結果、季節に気温が変化し、日本では四季が作り出しています。

関連記事

参考文献

地理用語研究会編「地理用語集」山川出版社（2024）
Earth's rotation, Wikipedia　2024/4/9閲覧
地球(チキュウ)とは？　コトバンク　日本大百科全書(ニッポニカ)　2024/4/9閲覧
自転(じてん)とは？　コトバンク　日本大百科全書(ニッポニカ)　2024/4/9閲覧
歳差ってなに？ 　 国立天文台(NAOJ)　2024/4/9閲覧
Effect of Sun angle on climate, Wikipedia　2024/4/9閲覧
夏至に一番暑くならない理由　永野裕之のBlog　2024/4/9閲覧
本日3月21日は「春分の日」その意味とは？（2018年3月21日） 浅田英夫の星の歳時記　中日新聞　2024/4/10閲覧
回帰線(かいきせん)とは？　コトバンク　日本大百科全書(ニッポニカ)　2024/4/10閲覧
Earth's orbit, Wikipedia　2024/4/10閲覧
Orbital period, Wikipedia　2024/4/10閲覧
うるう年とうるう秒について　セイコーミュージアム銀座　2024/4/10閲覧
グレゴリオ暦　ウィキペディア　2024/4/10閲覧