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軸平行性（ジャイロスコープ剛性、ジャイロスコープ慣性、ジャイロスコープ剛性、または「空間剛性」とも呼ばれる）は、回転体が空間を移動しても回転軸の方向が固定されるという特性である。天文学では、この特性は軌道上の天体に見られる。これは、地球が自転してもジャイロスコープの回転軸が一定に保たれるのと同じ効果であり、これによりジャイロスコープは地球の自転を測定できる。[ 1 ]
地球の軌道は、自転軸が23.5度傾いているため、ほぼ平行な軌道を描き、一年を通して北極星（ポラリス）の方向を向いています。地球の自転軸の傾きと相まって、これは右の図に示すように、地球の四季の主な理由の1つです。 [ 2 ] [ 3 ] [ 4 ] [ 5 ]また、地球が太陽の周りを公転する間、星が夜空に固定されているように見える理由でもあります。例えば、北極星は「固定」されています。 [ 6 ]
地軸の方向のわずかな変化は、歳差運動として知られており、26,000 年かけて起こります。その結果、今後 11,000 年の間に地球の地軸は北極星ではなくベガの方向を指すようになります。[ 7 ]
軸の平行性は天文学で広く観測されています。例えば、月の軌道面の軸の平行性[ 8 ]は日食現象の重要な要素です。月の軌道軸は18年10日のサロス周期で1周歳差運動します。月の軌道傾斜角が黄道傾斜角と一致すると、黄道から29度ずれますが、9年後に反平行になると、軌道傾斜角はわずか18度になります。
初期のジャイロスコープは、その原理を実証するために使用され、中でもフーコーのジャイロスコープ実験が最も有名である。[ 10 ]ジャイロスコープの発明以前にも、科学者たちはさまざまな方法でその原理を説明していた。 [ 9 ]アイザック・ニュートンと同時代の近世初期の天文学者デイヴィッド・グレゴリーは次のように書いている。
位置で与えられた固有軸を中心とした天体の運動と、それらの回転を説明するために… 物体が他の点では動かずに、ある軸を中心に運動していると言われる場合、その軸は動かず、軸から外れたすべての点が円を描き、その平面に軸が垂直であると想定されます。そのため、物体が直線に沿って移動し、同時にある軸を中心に回転する場合、物体の運動中ずっと軸は自身と平行であり続けます。この平行性を維持するために必要なのは、この2つの運動以外に物体に他の運動が加えられないことだけです。なぜなら、物体に他の3番目の運動がなければ、その軸はかつて平行であった直線と常に平行であり続けるからです。[ 11 ]
このジャイロ効果は、現代では「ジャイロ剛性」または「空間における剛性」として説明される。ニュートン力学による説明は、角運動量保存則として知られている。[ 12 ]
宇宙空間では剛性があるため、ジャイロスコープは地球の自転に伴って回転軸が傾くことはありません。
7月に夏、1月に冬を経験する北半球の住民にとってはこれらの距離は直感に反するように思えるが、季節は距離よりも、地球の極軸が黄道（惑星の軌道のほとんどが通過または近くを通過する太陽系の平面）に垂直な方向から23.5度傾いていること、および地球が太陽の周りを公転する際に平行（現在は北極星の方向）を示すことによって生じる太陽光の変化によって大きく影響を受ける。
太陽の周りを公転する間、地球の極軸は北極星（ポラリスとも呼ばれる）と平行になります。平行であるにもかかわらず、地球の極軸の向きは歳差運動（ジャイロスコープで見られるような円を描くような揺れ）を示し、その結果、28,000 年周期の歳差運動が生じます。現在、地球の極軸はおおよそ北極星（ポラリス）の方向を指しています。歳差運動の結果、今後 11,000 年の間に、地球の軸は歳差運動または揺れによって、星ベガの方向を向くようになります。
月の自転軸は軌道面に対して垂直ではなく、わずかに傾いている。自転軸は地球の周りを運動する際に平行性を保つ。
歳差運動計器という名称で、ジャイロスコープの原理を利用したさまざまな装置が、分点歳差運動と、地球が太陽の周りを公転する際の地軸の平行性を説明するために長年使用されてきました。