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授業ガイド・ワークシートLESSON GUIDE · WORKSHEET

北天の星の日周運動と北極星Daily Motion of Northern Stars and Polaris

中3 · 地学単元: 天体の日周運動と年周運動Daily Motion of Northern Stars and Polaris 目安 20分about 20 min
ねらいGoal：北の空の星は地球の自転によって北極星を中心に1時間に約15°ずつ反時計回りに回って見えること、北極星の高度はその土地の緯度に等しく、緯度によって星の動き方が変わることを理解する。Students understand that, because of Earth's rotation, stars in the northern sky appear to turn counterclockwise around Polaris at about 15° per hour, that the altitude of Polaris equals the observer's latitude, and that the way stars move depends on latitude.
▶ シミュレーションを開く▶ Open the simulation

1予想しよう（触る前に）Predict (before you touch anything)

  1. 北の空を一晩見続けると、北斗七星やカシオペア座はどのように動くと思いますか。北極星はどうですか。If you watched the northern sky all night, how do you think the Big Dipper and Cassiopeia would move? What about Polaris?💡 地球は地軸を中心に自転しています。地軸を北にのばした方向には何があるでしょうか。Earth rotates around its axis. What lies in the direction where the axis points north?
  2. 赤道や北極で北極星を見ると、日本で見るときと比べて高さはどう変わると思いますか。How do you think the height of Polaris above the horizon would change if you looked at it from the equator or the North Pole instead of Japan?💡 地面(地平線)は、地球上のどこに立つかによって傾きが変わります。The tilt of your ground (horizon) depends on where on Earth you stand.

2動かしてみようTry it

  1. 「停止」を押してアニメーションを止め、「① 緯度」35°、「② 時間」0.0時間にする。北極星の高度の表示(黄色の線「高度 35°」)と、北斗七星・カシオペア座・こぐま座の位置を記録する。Press "Pause" to stop the animation, then set "① Latitude" to 35° and "② Time" to 0.0 h. Record the Polaris altitude (the yellow line "Altitude 35°") and the positions of the Big Dipper, Cassiopeia and Ursa Minor.
  2. 「② 時間」を 3.0時間、6.0時間と進め、星座が北極星のまわりをどちら向きに、何度回ったか(表示「3.0時間 → 45°回転」など)を確かめる。Advance "② Time" to 3.0 h and then 6.0 h. Check which way and by how many degrees the constellations turned around Polaris (readout such as "3.0 h → turned 45°").
  3. 「緯度0°」「45°」「90°」ボタンを順に押し、北極星の高度と星の動く向き(地平線に対して垂直・ななめ・水平)を比べる。「再生」で動かしてみる。Press the "Lat 0°", "45°" and "90°" buttons in turn. Compare the altitude of Polaris and the direction the stars move relative to the horizon (vertical, slanted, horizontal). Press "Play" to watch them move.
  4. 緯度 35° に戻し、「表示切替」を押して(または「③ 見え方」スライダーを右端にして)「等角円表示」にし、上面図とともに星の軌跡の形を確かめる。Return to latitude 35° and press "Switch view" (or drag the "③ View" slider to the right end) to get the "Circle view". Check the shape of the star paths, together with the top-view inset.

3確かめようCheck

  1. 緯度を 35°、0°、45°、90° にしたとき、北極星の高度はそれぞれ何度でしたか。What was the altitude of Polaris at latitudes 35°, 0°, 45° and 90°?→ 35°、0°(北の地平線上)、45°、90°(天頂)で、いつも緯度と同じだった。35°, 0° (on the northern horizon), 45° and 90° (at the zenith): it was always equal to the latitude.
  2. 時間を 3 時間進めると、星は北極星を中心にどちら向きに何度回りましたか。When time was advanced by 3 hours, which way and by how much did the stars turn around Polaris?→ 反時計回りに 45° 回った(6時間で 90°)。1時間あたり 15° で、24時間で 360°(1周)になる。北極星はほとんど動かなかった。They turned 45° counterclockwise (90° in 6 hours): 15° per hour, or 360° (one full turn) in 24 hours. Polaris hardly moved.
  3. 緯度 0° と 90° では、星の動き方はどう違いましたか。How did the stars' motion differ between latitude 0° and 90°?→ 0° では北極星が地平線上にあり、星は地平線から垂直に昇り垂直に沈んだ(沈まない星はない)。90° では北極星が天頂にあり、星は地平線と平行に円を描き、昇りも沈みもしなかった。At 0°, Polaris was on the horizon and the stars rose and set vertically (no star stays up all the time). At 90°, Polaris was at the zenith and the stars moved in circles parallel to the horizon, never rising or setting.
  4. 等角円表示や上面図では、星の軌跡はどのような形になりましたか。地平線より下の星はどう表示されましたか。In the Circle view and the top view, what shape were the star paths? How were stars below the horizon shown?→ どの星の軌跡も北極星を中心とする同心円になった。地平線より下の星は地面に隠れて見えず、上面図では薄く表示された。上面図の緑の点線の内側(北極星から緯度と同じ角度以内)の星は沈まない。Every star's path was a circle centered on Polaris (concentric circles). Stars below the horizon were hidden by the ground and shown faintly in the top view. Stars inside the green dotted circle in the top view (within an angle equal to the latitude from Polaris) never set.

4考えようThink further

  1. 北極星の高度がその土地の緯度と等しくなるのはなぜですか。Why does the altitude of Polaris equal the latitude of the place?→ 北極星はほぼ地軸の延長上(天の北極)にあり、非常に遠いので、地球上のどこから見ても地軸と平行な方向に見える。北極(緯度90°)では真上、赤道(0°)では地平線上に見え、緯度 φ の地点では地平面が赤道に比べて φ だけ傾いているので、北極星の高度は φ になる。Polaris lies almost on the extension of Earth's axis (the north celestial pole) and is so far away that from anywhere on Earth it is seen in a direction parallel to the axis. It is overhead at the North Pole (90°) and on the horizon at the equator (0°); at latitude φ the horizon plane is tilted by φ compared with the equator, so Polaris's altitude is φ.
  2. 星が北極星を中心に反時計回りに回って見えるのはなぜですか。Why do the stars appear to turn counterclockwise around Polaris?→ 地球が地軸を中心に西から東へ(北極の上から見て反時計回りに)1日1回自転しているため。地上からは星が逆向きに動くように見え、北の空を向くと北極星を中心に反時計回りに、1時間に約15°ずつ回って見える。Because Earth rotates once a day around its axis from west to east (counterclockwise seen from above the North Pole). From the ground the stars seem to move the opposite way, and facing north they appear to turn counterclockwise around Polaris at about 15° per hour.

よくある誤解Common misconceptions

用語（日本語 / English）Key terms (Japanese / English)

日周運動diurnal motion北極星Polaris (North Star)天の北極north celestial pole自転rotation高度altitude周極星circumpolar star

先生へFor teachers

北極星は天の北極にちょうどあるものとして描かれています(実際には約0.7°ずれています)。星は24時間で360°回るとしており、恒星日(約23時間56分)との差は無視しています。「実際の見え方」は北の地平線を中心にした広角の図なので、北極星から離れた軌跡はゆがみます。円の形を確かめるときは「等角円表示」を使ってください。ページを開くと時間が自動で進むので、値を読むときは「停止」を押してください。Polaris is drawn exactly at the north celestial pole (in reality it is about 0.7° away). The stars turn 360° in 24 hours, ignoring the difference from the sidereal day (about 23 h 56 min). The "Real view" is a wide-angle map centered on the northern horizon, so paths far from Polaris look distorted; use the "Circle view" to check that the paths are circles. Time runs automatically on load, so press "Pause" before reading values.