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地球(ちきゅう)の大(おお)きさの測(はか)り方(かた)

カワウソ先生緯度(いど)の差(さ)と距離(きょり)がわかれば、地球(ちきゅう)を1周(しゅう)しなくても大(おお)きさを求(もと)められるよ。

30秒でつかむ

  1. エラトステネスは、離(はな)れた2地点(ちてん)で日(ひ)かげの角度(かくど)を比(くら)べ、その差(さ)から地球(ちきゅう)の大(おお)きさを見積(みつ)もった。これが測定(そくてい)の歴史(れきし)の出発(しゅっぱつ)点(てん)とされる。
  2. 地球(ちきゅう)を球(きゅう)と仮定(かてい)すると、同(おな)じ子午線上(しごせんじょう)の2地点(ちてん)の緯度(いど)の差(さ)と距離(きょり)から全周(ぜんしゅう)を求(もと)められる。全周(ぜんしゅう)=距離(きょり)÷緯度(いど)差(さ)×360という式(しき)で表(あらわ)せる。
  3. 全周(ぜんしゅう)がわかれば、全周(ぜんしゅう)=2×円周率(えんしゅうりつ)×半径(はんけい)の関係(かんけい)から、地球(ちきゅう)の半径(はんけい)も計算(けいさん)できる。

詳しく

エラトステネスの方法(ほうほう)と測定(そくてい)の歴史(れきし)

地球(ちきゅう)の大(おお)きさを測(はか)ろうとした最初(さいしょ)の試(こころ)みとして知(し)られているのが、古代(こだい)ギリシャの学者(がくしゃ)エラトステネスの方法(ほうほう)だ。彼(かれ)は、同(おな)じ子午線上(しごせんじょう)にある離(はな)れた2つの都市(とし)で、同(おな)じ日(ひ)の太陽(たいよう)の高(たか)さを比(くら)べた。

片方(かたほう)の都市(とし)では太陽(たいよう)がほぼ真上(まうえ)にあり、日(ひ)かげがほとんどできなかった。もう片方(かたほう)の都市(とし)では日(ひ)かげが少(すこ)しだけ斜(なな)めにでき、その角度(かくど)を測(はか)ることができた。

太陽(たいよう)の光(ひかり)は地球(ちきゅう)に比(くら)べて十分(じゅうぶん)遠(とお)くから届(とど)くため、2つの都市(とし)にはほぼ平行(へいこう)に届(とど)くとみなせる。それでも日(ひ)かげの角度(かくど)に差(さ)が出(で)るのは、2つの都市(とし)の間(あいだ)で地球(ちきゅう)の表面(ひょうめん)が丸(まる)みを帯(お)びて傾(かたむ)いているからだ。この角度(かくど)の差(さ)と2都市間(としかん)の距離(きょり)がわかれば、地球(ちきゅう)を1周(しゅう)した角度(かくど)360°に対応(たいおう)する全周(ぜんしゅう)を見積(みつ)もれる。エラトステネスが測(はか)った角度(かくど)の差(さ)は約(やく)7.2°で、360°の50分(ぶん)の1にあたる。そこで2都市間(としかん)の距離(きょり)を50倍(ばい)して、全周(ぜんしゅう)を見積(みつ)もった。

エラトステネスの方法(2地点の日かげの角度を比べる)Asatte Studio(Manazoo)/オリジナル(コードで作図)

2地点(ちてん)の緯度(いど)の差(さ)と距離(きょり)から全周(ぜんしゅう)を求(もと)める

現在(げんざい)では、同(おな)じ子午線上(しごせんじょう)に離(はな)れた2地点(ちてん)を選(えら)び、衛星(えいせい)測位(そくい)システムなどで緯度(いど)の差(さ)と距離(きょり)を調(しら)べて地球(ちきゅう)の大(おお)きさを求(もと)める方法(ほうほう)を使(つか)う。同(おな)じ子午線上(しごせんじょう)なら、緯度(いど)の差(さ)がそのまま地球(ちきゅう)の中心(ちゅうしん)を基準(きじゅん)にした角度(かくど)の差(さ)になる。経度(けいど)がずれた2地点(ちてん)では、この関係(かんけい)がそのままは使(つか)えない。地球(ちきゅう)を球(きゅう)と仮定(かてい)すれば、全周(ぜんしゅう)=距離(きょり)÷緯度(いど)差(さ)×360で求(もと)められる。

たとえば、同(おな)じ子午線上(しごせんじょう)にある2地点(ちてん)の緯度(いど)の差(さ)が10°、2地点間(ちてんかん)の距離(きょり)が1110kmだった。全周(ぜんしゅう)=1110÷10×360=39960kmとなり、実際(じっさい)の地球(ちきゅう)の全周(ぜんしゅう)(約(やく)40000km)に近(ちか)い値(あたい)が得(え)られる。

全周(ぜんしゅう)がわかれば、全周(ぜんしゅう)=2×円周率(えんしゅうりつ)×半径(はんけい)の関係(かんけい)から、半径(はんけい)=全周(ぜんしゅう)÷(2×円周率(えんしゅうりつ))で地球(ちきゅう)の半径(はんけい)も求(もと)められる。39960kmなら、円周率(えんしゅうりつ)を3.14として、半径(はんけい)はおよそ6363kmだ。

2地点の緯度の差と距離から全周を求めるAsatte Studio(Manazoo)/オリジナル(コードで作図)

この方法(ほうほう)でわかる地球(ちきゅう)の大(おお)きさの限界(げんかい)

この方法(ほうほう)は、地球(ちきゅう)を球(きゅう)と仮定(かてい)して成(な)り立(た)っている。緯度(いど)の差(さ)と距離(きょり)から求(もと)めた大(おお)きさは、どの2地点(ちてん)を選(えら)んでも同(おな)じ値(あたい)になるはずだ。しかし実際(じっさい)には、低緯度(ていいど)の地域(ちいき)と高緯度(こういど)の地域(ちいき)で求(もと)めると値(あたい)が少(すこ)し異(こと)なる。

この違(ちが)いから、地球(ちきゅう)が厳密(げんみつ)には球(きゅう)ではないことに気(き)づける。地球(ちきゅう)の正確(せいかく)な形(かたち)については、次(つぎ)のページで赤道半径(せきどうはんけい)(新しいタブで開きます)と極半径(きょくはんけい)を比(くら)べながら確(たし)かめていく。

測定(そくてい)に使(つか)う緯度(いど)の差(さ)や距離(きょり)は、衛星(えいせい)測位(そくい)システムの電波(でんぱ)受信(じゅしん)機(き)の読(よ)み取(と)りや地形(ちけい)図(ず)から調(しら)べられる。インターネットで見(み)られる地図(ちず)を使(つか)って調(しら)べることもできる。

確認問題

問題 1 / 4エラトステネスが地球(ちきゅう)の大(おお)きさを見積(みつ)もるために比(くら)べたものは何(なに)か。

確認問題(解答用紙)

この問題を端末で解くための QR コード

スマホやタブレットで読み取ると、この問題をその場で解けます。

https://manazoo.com/science/measuring-the-size-of-the-earth/?from=print#quiz

  1. エラトステネスが地球(ちきゅう)の大(おお)きさを見積(みつ)もるために比(くら)べたものは何(なに)か。

    • ◯ 2都市(とし)の標高(ひょうこう)の差(さ)
    • ◯ 2都市(とし)での日(ひ)かげの角度(かくど)の差(さ)
    • ◯ 2都市(とし)の人口(じんこう)の差(さ)
    • ◯ 2都市(とし)の気温(きおん)の差(さ)

    正解:2都市での日かげの角度の差
    エラトステネスは、同(おな)じ子午線上(しごせんじょう)にある離(はな)れた2つの都市(とし)で、同(おな)じ日(ひ)の太陽(たいよう)の高(たか)さ(日(ひ)かげの角度(かくど))を比(くら)べた。その差(さ)から、地球(ちきゅう)の大(おお)きさを見積(みつ)もった。

  2. 同(おな)じ子午線上(しごせんじょう)にある2地点(ちてん)の緯度(いど)の差(さ)が5°、2地点間(ちてんかん)の距離(きょり)が555kmだった。地球(ちきゅう)を球(きゅう)と仮定(かてい)すると、地球(ちきゅう)の全周(ぜんしゅう)は何(なん)kmか。

    答え:____________

    正解:39960
    全周(ぜんしゅう)=距離(きょり)÷緯度(いど)差(さ)×360で求(もと)める。555÷5×360=39960kmとなる。

  3. 地球(ちきゅう)の全周(ぜんしゅう)を39960km、円周率(えんしゅうりつ)を3.14とすると、地球(ちきゅう)の半径(はんけい)はおよそ何(なん)kmか。整数(せいすう)で答(こた)えよ。

    答え:____________

    正解:6363
    全周(ぜんしゅう)=2×円周率(えんしゅうりつ)×半径(はんけい)なので、半径(はんけい)=全周(ぜんしゅう)÷(2×円周率(えんしゅうりつ))で求(もと)められる。39960÷(2×3.14)=39960÷6.28≒6363kmとなる。

  4. 地球(ちきゅう)の大(おお)きさを求(もと)めるときに、2地点(ちてん)を同(おな)じ子午線上(しごせんじょう)から選(えら)ぶ理由(りゆう)として最(もっと)も適切(てきせつ)なものはどれか。

    • ◯ 同(おな)じ子午線上(しごせんじょう)は人工(じんこう)衛星(えいせい)の電波(でんぱ)が届(とど)きやすいから
    • ◯ 同(おな)じ子午線上(しごせんじょう)は気温(きおん)の変化(へんか)が少(すく)ないから
    • ◯ 同(おな)じ子午線上(しごせんじょう)は地図(ちず)の縮尺(しゅくしゃく)が一定(いってい)だから
    • ◯ 緯度(いど)の差(さ)を、地球(ちきゅう)の中心(ちゅうしん)を基準(きじゅん)にした角度(かくど)の差(さ)として使(つか)えるから

    正解:緯度の差を、地球の中心を基準にした角度の差として使えるから
    同(おな)じ子午線上(しごせんじょう)の2地点(ちてん)なら、緯度(いど)の差(さ)がそのまま地球(ちきゅう)の中心(ちゅうしん)を基準(きじゅん)にした角度(かくど)の差(さ)になる。そこから全周(ぜんしゅう)=距離(きょり)÷緯度(いど)差(さ)×360の式(しき)で全周(ぜんしゅう)を求(もと)められる。経度(けいど)がずれると、この関係(かんけい)が使(つか)えない。

単元のポイント

  • 子午線(しごせん) 北極(ほっきょく)と南極(なんきょく)を結(むす)ぶ、経度(けいど)が同(おな)じ地点(ちてん)を通(とお)る線(せん)。地球(ちきゅう)の大(おお)きさを測(はか)る基準(きじゅん)になる
  • 緯度(いど)の差(さ) 子午線上(しごせんじょう)の2地点(ちてん)がそれぞれ何度(なんど)の緯度(いど)にあるかの差(さ)。全周(ぜんしゅう)を360°に対応(たいおう)づける鍵(かぎ)になる
  • エラトステネスの方法(ほうほう) 2地点(ちてん)での日(ひ)かげの角度(かくど)の差(さ)を、地球(ちきゅう)を1周(しゅう)したときの角度(かくど)360°の一部(いちぶ)とみなして大(おお)きさを求(もと)める方法(ほうほう)
  • 全周(ぜんしゅう) 地球(ちきゅう)を1周(しゅう)したときの長(なが)さ。距離(きょり)÷緯度(いど)差(さ)×360で求(もと)められる
問題を解く
単元のポイント
  • 子午線(しごせん) 北極(ほっきょく)と南極(なんきょく)を結(むす)ぶ、経度(けいど)が同(おな)じ地点(ちてん)を通(とお)る線(せん)。地球(ちきゅう)の大(おお)きさを測(はか)る基準(きじゅん)になる
  • 緯度(いど)の差(さ) 子午線上(しごせんじょう)の2地点(ちてん)がそれぞれ何度(なんど)の緯度(いど)にあるかの差(さ)。全周(ぜんしゅう)を360°に対応(たいおう)づける鍵(かぎ)になる
  • エラトステネスの方法(ほうほう) 2地点(ちてん)での日(ひ)かげの角度(かくど)の差(さ)を、地球(ちきゅう)を1周(しゅう)したときの角度(かくど)360°の一部(いちぶ)とみなして大(おお)きさを求(もと)める方法(ほうほう)
  • 全周(ぜんしゅう) 地球(ちきゅう)を1周(しゅう)したときの長(なが)さ。距離(きょり)÷緯度(いど)差(さ)×360で求(もと)められる