惑星の楕円軌道の発見は科学革命となった

「地球は太陽を中心とする円軌道をまわっている」これは大きな誤解です。この機会に誤解を正してほしい。17世紀の天文学者、ヨハネス・ケプラーは天体の運行に関する膨大な観測結果をまとめて、惑星の運動についての「ケプラーの法則」をまとめました。ケプラーの第一法則は「惑星は太陽を焦点とする楕円軌道で運行する」ことを示しました。

それまでコペルニクスの地動説「太陽を中心とする円軌道で運行」が信じられていたのですが、より精密な観測の科学的な解析により楕円軌道であることが明らかにされました。たかが楕円というなかれ、この成果はのちのニュートンの「万有引力の法則」や「力学」に結びつく、科学革命とも呼べる快挙でした。

また、ケプラーの解析で重要な役割を果たしたものに火星の観測結果もあります。楕円は円がゆがんだものであり、そのゆがみ具合が「離心率」という量となるのです。円は離心率がゼロ、値が大きくなるにつれてゆがみが大きくなる。地球ではこの離心率は０.０１６７、火星は０.０９３４、地球の６倍もの大きさとなります。

さて、この離心率が変わると、何が変わるのでしょうか？楕円軌道では太陽と地球との距離が変わります。太陽に一番接近するとき〝近日点.と、一番遠くなるとき〝遠日点.の距離の差が離心率と関係します。地球の場合は近日点距離：1.471×10の8剰km、遠日点距離：1.521×10の8剰Km。離心率が大きな火星では近日点距離：2.067×10の8剰km、遠日点距離：2.492×10の8剰kmとなります。

この違いは大きくて、地球と火星の気象に多大な差が生じています。惑星の表層の温度は太陽の光のエネルギーにより支配されているために、近日点では多くの太陽のエネルギーを受け、表面温度は高くなり、遠日点ではそれが少なく、表面温度は低くなります。地球では受けるエネルギーの差は７％程度ですが、火星では30％にもなるわけです。

火星の近日点付近は南半球の夏にあたるため、南半球の夏は極めて暑いことが知られています。地球ではこのような顕著な差はありません。では、なぜ火星はこれほどに離心率が大きいのでしょうか？それは外側に位置する大きな木星の存在が効いていると考えられているのです。

火星の公転軌道

出典：『眠れなくなるほど面白い図解地学の話』

・地球の成り立ちについて興味がある
・地震のメカニズムについて知っておきたい
・今後日本が直面する気候変動について学びたい　etc….

以上の方には「図解　地学の話」は大変おすすめな本です。

６４００㎞とは何の距離かわかりますか？東京と宇都宮の間の距離が約１００㎞ほどですから、その64倍ということになります。また、本州の長さは測り方にもよりますが、約１３００㎞ほどですから、その約５倍です。決して短い距離ではありませんが、かなりの長さというわけでもないですね。実は、これは地球の半径の長さなのです。「えっ、地球ってそんなに小さいの！」とびっくりする人もいるかもしれません。そうなのです、地球は本当に小さい惑星なのです。

46億年。一年の46億倍。これはまた、気の遠くなるような時間の長さですが、これは地球の年齢。宇宙の年齢は１３８億年といわれていますので、それにくらべれば若いとはいえますが、それでも膨大な時間です。長く生きている小さな惑星、それが私たちの地球です。

中学や高校で地学を学んだ方もいるかもしれません。地学は、こうした地球についてさまざまなことを教えてくれます。ですが、地学の分野はきわめて多岐にわたり、そのすべてについて詳しく知ることは、不可能ではないかもしれませんが、大変難しいことです。本書は、地学の種々の分野を体系的に知るための教科書ではありません。49の面白そうなトピックを選び、図解をまじえて、なるべく物語風に語ったものです。

どの項目を読んでも、地学に興味のあるあなたなら楽しめるはずです。ぜひ本書を一読し、その深い世界を楽しんでください。

地球はどのようにして誕生したのか？

この記事では多くの人が一度は疑問に思ったことがある、「地球はどのように誕生したのか？」を解説します。不思議でロマンあふれる地学の世界の一歩を踏みだしましょう。

太陽系は、今から約46億年前にできました。太陽だけではなく、太陽系の惑星も同時にできました。最初は星間ガスの回転濃集から始まり、やがて中心星の太陽とそれを取り巻く円盤が形成されると、円盤の中にガスから固体の塵が晶出しました。その後、それらの塵が相互に合体して、岩石、微惑星、そして惑星や衛星が短期間に形成されました。惑星になれなかった小惑星、隕石、そして月の石の最古年齢は、いずれも46億年前であることから、それが太陽系形成年代とされています。

ですが、地球にはそのような古い記録は残されていません。その理由は、地球では他の惑星にないプレートテクトニクスが働いていて、常に古い岩石を新しいものにつくり替えているからです。地球最古の岩石はカナダ北部でみつかった40億年前のものであり、最古の物質は43 億７０００万年前のジルコンという鉱物粒です）。地球年齢が46億歳ということは間接的に推定されているわけです。

多様な隕石の２段階による合体でできた地球

地球の岩石の化学成分はよく調べられており、しばしば惑星形成の材料物質であった隕石の組成と比較されます。すると地球岩石は多様な隕石の種類の中でも、特定のタイプ（エンスタタイト球粒隕石）と近縁であることが確認できます。

地球の岩石の化学成分はよく調べられており、しばしば惑星形成の材料物質であった隕石の組成と比較されます。すると地球岩石は多様な隕石の種類の中でも、特定のタイプ（エンスタタイト球粒隕石）と近縁であることが確認できます。ところが、このタイプの隕石には、大気や海水をつくる軽い元素がまったく含まれておらず、エンスタタイト球粒隕石だけでは、現在のような水惑星地球をつくることはできません。地球の大気や海水をつくっている水素の同位体組成（普通の水素の他に重水素と三重水素がある）は別のタイプ（炭素質球粒隕石）が起源であることを示しています。

したがって、地球形成は、岩石／金属からなる部分をつくったエンスタタイト球粒隕石集積の段階と、その後の炭素質球粒隕石の追加という２段階を経てできたことがわかってきました。

太陽系の中を実際に探査機が飛びまわって調べた結果、エンスタタイト球粒隕石は地球軌道周辺にも存在していたと考えられますが、水素などの揮発性成分を持つものは火星の外側の小惑星帯の中でも外側にしか分布していないことがわかりました。であれば、初期太陽系の円盤の中で大規模な物質移動を考える必要があります。