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天文学と航海術において、天球は任意の大きさの半径を持ち、地球と同心円状の抽象的な 球体です。空にあるすべての物体は、地球または観測者を中心とする天球の内面に投影されていると考えることができます。観測者を中心とする場合、球体の半分は観測場所の上にある半球状のスクリーンのようになります。
天球は、観測者からの直線距離を考慮せずに天空の物体の位置を指定するために球面天文学で使用される概念的なツールです。天の赤道は天球を北半球と南半球に分割します。
説明
天体は非常に遠い距離にあるため、空を普通に観察しても実際の距離はわかりません。すべての天体は等しく遠くにあるように見えます。まるで、半径は不明だが大きい球体[1]の内側に固定されているかのように見えます。球体は頭上で西に回転しているように見えますが、足元の地球は静止しているように見えます。天体の方向のみを対象とする球面天文学では、これが実際に当てはまるか、地球が回転していて天球が静止しているかは関係ありません。
天球の半径は無限大とみなすことができます。つまり、観測者が占める点も含め、天球内のどの点も中心とみなすことができます。また、すべての平行線は、ミリメートル離れていても太陽系を横切っていても、図式遠近法の消失点に類似した一点で球と交差するように見えます。[2]すべての平行面は、一致する大円[3] (「消失円」) で球と交差するように見えます。
逆に、無限半径の天球上の同じ点を見ている観測者は、平行線に沿って見ていることになります。また、同じ大円を見ている観測者は、平行面に沿って見ていることになります。無限半径の天球上では、すべての観測者が同じ方向から同じものを見ていることになります。
いくつかの物体については、これは過度に単純化されています。観測者に比較的近い物体（たとえば月）は、観測者が十分遠くに移動すると（たとえば地球の一方の側からもう一方の側に移動すると）、遠くの天球に対して位置が変わったように見えます。この効果は視差と呼ばれ、平均位置からの小さなオフセットとして表すことができます。天球は、地球の中心、太陽の中心、またはその他の便利な場所に中心があると考えることができ、これらの中心を基準とした位置からのオフセットを計算することができます。[4]
このようにして、天文学者は、特定の観測者の個々の幾何学を計算する必要なく、天球上の物体の地心位置または太陽心位置を予測することができ、天球の有用性は維持されます。必要に応じて、個々の観測者は平均位置からの小さなオフセットを独自に計算できます。天文学では多くの場合、オフセットは重要ではありません。
物体の位置の特定
天球は、このようにして天文学上の一種の速記法と考えることができ、天文学者によって非常に頻繁に使用されています。たとえば、2010 年の天文年鑑には、地球時間1 月 1 日の月の見かけの地心位置が、赤道座標で、赤経6時間57分48.86秒、赤緯+23° 30' 05.5" と記載されています。この位置が暗示しているのは、それが天球上に投影されたものであるということです。つまり、どの場所からその方向を向いている観測者も、星に対して同じ場所に「地心月」を見ることになります。多くの大まかな用途 (たとえば、月のおおよその位相を計算する) では、地球の中心から見たこの位置で十分です。
精度が求められる用途（例えば日食の影の軌跡の計算）のために、年鑑では地心座標、つまり地心位置に基づいて地球表面の特定の場所から見た地心座標を計算するための公式と方法を示しています。 [5]これにより、各観測者が自分の特定の状況に対処できるため、このような年鑑に必要な詳細の量が大幅に短縮されます。
天球上のギリシャの歴史
天球（または天球儀）は、もともとアリストテレスなどのギリシャの天文学者によって、完璧で神聖な存在として想定された。彼は、世界の自然の秩序と構造を概説したアリストテレス物理学と呼ばれる一連の原理をまとめた。他のギリシャの天文学者と同様に、アリストテレスも「天体の運動に関する幾何学的理論の基準枠として天球」を考えていた。[6]アリストテレスは、クニドスのエウドクソスの理論を採用して、天球内の天体は純粋さ、完全さ、精髄（アリストテレスによれば神聖で純粋であると知られている5番目の要素）に満ちていると説明した。アリストテレスは、太陽、月、惑星、恒星を、月下球の上にある月上領域にある完全に同心円状の球体とみなした。アリストテレスは、これらの天体（超月領域）は完全であり、火、水、空気、土という古典的な要素のいずれによっても腐敗することはないと主張しました。腐敗しやすい要素は、アリストテレスの地動説モデルの月下領域にのみ含まれ、腐敗しない要素は超月領域に含まれていました。アリストテレスは、天球は永遠に続く天体運動（完全な円運動）を示さなければならないという考えを持っていました。彼はまた、その動作と特性は、本質的な要素が神の意志と関係なく自由に動くのに対し、火、空気、水、土などの他の要素は腐敗しやすく、変化し、不完全であるという、自然の場の原則に厳密に従うと主張しました。アリストテレスの重要な概念は、エウドクソスの別々の球体モデルを採用し、天文学的現実において地球と天を区別する5つの要素の性質に依存しています。
アリストテレスとエウドクソス（紀元前395年頃-紀元前337年）による数多くの発見により、両者のモデルには相違点が生まれつつも、同時に類似した特性も共有するようになった。アリストテレスとエウドクソスは、天球の数について異なる主張をした。エウドクソスによれば、天球は27個しかなかったが、アリストテレスのモデルでは55個ある。エウドクソスは『速度について』（古代ギリシア語：Περί Ταχών）として知られる論文から数学的にモデルを構築しようとし、ヒッポペードまたはレムニスケートの形状が惑星の後退と関連していると主張した。アリストテレスは天球の速度は天球と同様に不変であると強調したが、エウドクソスは天球が完璧な幾何学的形状であることを強調した。エウドクソスの球体は惑星の下部に望ましくない運動を生じさせるが、アリストテレスは外側の球体の動きを打ち消すために各球体の間にアンローラーを導入した。さもないと外側の動きが外側の惑星に伝わってしまう。アリストテレスは後に「入れ子になった球体と円運動の組み合わせを創造的な方法で使用して惑星の動きを観察したが、その後の観察でその成果は元に戻り続けた」[7] 。
アリストテレスとエウドクソスのほかに、エンペドクレスも、天体が神の（比較的高い）速度で周回することで、円運動が自然の原因による下降運動を妨げ、地球が静止状態になるという説明をしました。アリストテレスは、エンペドクレスのモデルを批判し、すべての重い物体は地球に向かって進むのであって、渦巻き自体が地球に向かってくるのではないと主張しました。彼はそれを嘲笑し、エンペドクレスの主張は極めて不合理であると主張しました。自然の場所の運動と不変の天体（天球を含む）に反するものはすべて、アリストテレスによって直ちに批判されました。
天体座標系
これらの概念は、天空の物体の位置を測定する枠組みである天体座標系を理解する上で重要です。地球上の特定の基準線と基準面は、天球に投影されると、基準系のベースを形成します。これらには、地球の赤道、軸、軌道が含まれます。これらが天球と交差するところで、それぞれ天の赤道、北極と南極、黄道を形成します。[8]天球の半径は任意または無限であると考えられるため、すべての観測者は、背景の星々に対して天の赤道、天の極、黄道を同じ場所に見ます。
これらの基準から、天体座標系を構築することで、天空の物体への方向を定量化できます。地理上の経度と緯度と同様に、赤道座標系は、赤経と赤緯を使用して、天の赤道と天の極に対する位置を指定します。黄道座標系は、黄道経度と緯度を使用して、黄道 (地球の軌道)に対する位置を指定します。赤道座標系と黄道座標系のほかに、銀河座標系など、特定の目的に適した天体座標系もあります。
歴史
古代ギリシャ人は、星は天球に付いていて、地球の周りを一日で一周し、地球は固定されているという文字通りの真実を前提としていた。[9]アリストテレスやプトレマイオスのモデルの基礎となったエウドクソスの惑星モデルは 、古典的な惑星の「放浪」に対する最初の幾何学的説明であった。[10]これらの「水晶球」の最も外側には、恒星が乗っていると考えられていた。エウドクソスは、27個の同心球状の立体を用いて、プラトンの挑戦に答えた。「どのような均一で秩序だった運動を仮定すれば、惑星の見かけの運動を説明できるのか？」[11]紀元前5世紀半ばのアナクサゴラスは、星は熱を感じるには遠すぎる「燃える石」であると示唆した最初の哲学者として知られている。同様の考えは、サモスのアリスタルコスによって表現された。しかし、それらは古代後期から中世にかけてのヨーロッパやイスラムの天文学の主流には入らなかった。コペルニクスの地動説は惑星球を廃止したが、恒星の球体の存在を必ずしも排除したわけではなかった。ヨーロッパルネサンス期の天文学者で、恒星が遠くの太陽であると示唆した最初の人物は、ジョルダーノ・ブルーノの著書『無限宇宙と世界について』（1584年）である。この考えは、異端審問でブルーノに対して提起された告発の1つであったが、目立つ位置にあったわけではなかった。この考えは17世紀後半、特にベルナール・ル・ボヴィエ・ド・フォントネルの『世界の複数性についての対話』（1686年）の出版後に主流となり、18世紀初頭までには恒星天文学におけるデフォルトの作業上の仮定となった。
スターグローブ
天球は、天球または天球儀の物理的モデルを指すこともあります。このような天球儀は、球の外側に星座を描き、地球から見た星座の鏡像となります。このような遺物の最古の現存例は、ファルネーゼのアトラス彫刻の天球儀で、これは、より古い作品 (ヘレニズム時代、紀元前 120 年頃) の 2 世紀の複製です。
地球以外の天体
もちろん、他の世界の観測者も、その空の物体を、ドームに投影されたかのように、ほぼ同じ条件で見るでしょう。その世界の空に基づいた座標系を構築することができます。これらは、同等の「黄道」、極、赤道に基づくことができますが、そのようにシステムを構築する理由は、技術的な理由と同じくらい歴史的な理由です。
参照
注記
- ^ ニューカム、サイモン、ホールデン、エドワード S. (1890)。天文学。ヘンリー・ホルト・アンド・カンパニー、ニューヨーク。 、14ページ
- ^ ショーヴネ、ウィリアム (1900)。球面天文学と実用天文学のマニュアル。JB リッピンコット社、フィラデルフィア。
ショーヴネ球面天文学。
、p. 19、Google ブックスで。 - ^ ニューカム、サイモン（1906）。球面天文学大要。マクミラン社、ニューヨーク。 、p. 90、Google ブックスで。
- ^ 米国海軍天文台航海年鑑事務局、航海年鑑事務局、英国水路局、HM 航海年鑑事務局 (2008) 。2010 年の天文年鑑。米国政府印刷局。ISBN 978-0-7077-4082-9。 、p. M3-M4
- ^ 天文年鑑 2010、D 節
- ^ アーサー・ベリー（1898）『天文学小史』38ページ
- ^ マーガレット・J・オスラー（2010）『Reconfiguring the World』ジョンズ・ホプキンス大学出版、 15ページISBN 0-8018-9656-8
- ^ ニューカム（1906）、92-93ページ。
- ^ Seares, Frederick H. (1909). エンジニアのための実用天文学。EW Stephens Publishing Company 、ミズーリ州コロンビア。Bibcode :1909pafe.book.....S.
実用天文学。
、第 2 条、5 ページ、Google ブックスで参照できます。 - ^ メンデル、ヘンリー（2009年9月16日）。「クニドスのエウドクソス：天文学と同心球」古代数学の小話。2011年5月16日時点のオリジナルよりアーカイブ。
- ^ ロイド、ジェフリー・アーネスト・リチャード（1970年）。『初期ギリシャ科学：タレスからアリストテレスまで』ニューヨーク、NY：WWノートン社、p.84。ISBN 978-0-393-00583-7。
参考文献
- ボウディッチ、ナサニエル(2002)。『アメリカの実用航海術』。メリーランド州ベセスダ：国立画像地図局。ISBN 0-939837-54-42007年6月24日時点のオリジナルよりアーカイブ。
- MacEwen, William A.; William Hayler; Turpin, Edward A. (1989)。Merchant Marine Officers Handbook: Edward A. Turpin と William A. MacEwen によるオリジナル版(第 5 版) に基づく。メリーランド州ケンブリッジ: Cornell Maritime Press。pp . 46–51。ISBN 0-87033-379-8。天球に関する Wikipedia 課題の参考文献 (APA6 形式)。 Crowe, MJ (2001)。古代からコペルニクス革命までの世界理論。ニューヨーク州ミネオラ: Dover Publications。
外部リンク
ウィキメディア・コモンズには、天球に関連するメディアがあります。
