中学受験 理科 星の動き—東西南北の空で見える動きを観察位置から判断する｜武蔵野個別指導塾

北極星のまわりの向きと、観察時刻から角度を求める道筋をたどり、図から星の動きを追います。

日本で星を見続けると、星は北極星（ほっきょくせい）の近くを中心に、時間とともに位置を変えて見えます。北の空と南の空では、同じ空の動きを違う向きから見るため、紙に描く矢印の向きも変わります。

よくあるのは、北の空の星が回る向きを、南の空で見た星の動きと同じ向きに描く場面です。星が東から西へ動くという言葉を覚えていても、向いている方角を変えたときの左右を考えなければ、図の矢印を取り違えます。まず観察する人がどこに立ち、どちらを向いているかを決めましょう。

空の記録で問われること

星の問題には、観察した方位と時刻から、星が次に見える位置を選ぶ型があります。東の空では星が上り、西の空では下り、南の空では東から西へ動きます。北の空では北極星の近くを中心として回るように見えます。向きを答えるときは、方位と図の上下左右を対応させます。

別の型では、同じ星を2回見た時刻と、その間に動いた角度を比べます。問題に1時間あたりの角度が与えられたら、経過時間を求めてから使います。開始時刻と終了時刻を足すのではなく、どれだけ時間が過ぎたかを求めることが出発点です。

もう一つは、星の並び方と位置を区別する型です。同じ星の集まりは、時間がたつと空の別の位置に見えますが、短い観察の間に星どうしの並びがばらばらになるわけではありません。図全体を動かし、並びを保ったまま向きを考える練習が役立ちます。

立つ向きを決めて星を追う

地球が自転（じてん）しているため、地上からは星が空を動くように見えます。この見かけの1日の動きを日周運動（にっしゅううんどう）といいます。星そのものが地球の周りを毎日回っていると決めつけず、観察する地球の側が回っていることと分けて考えます。

図1は日本の中緯度（ちゅういど）で、観察者が各方位を向いたときの見かけを模式的に示しています。四角の下側は地平線（ちへいせん）に近い側、上側は空の高い側です。矢印は星の見かけの動きを表し、道具や人の移動を表すものではありません。

図1の東では上向き、西では下向きです。南を向くと東は左、西は右にあるので、星は左から右へ動いて見えます。北を向くと西が左、東が右です。北極星の近くを中心として、星は反時計回りに動いて見えます。北極星はその中心に近く、ほかの星に比べて位置がほとんど変わりません。

北の図を読むときは、円の上側では左向き、右側では上向き、下側では右向き、左側では下向きとたどれます。星が円のどこにあるかを見ずに、北なら常に左へ動くと覚えると、右側や下側で誤ります。北極星を中心に鉛筆を回すつもりで、その位置における進む向きを考えます。

図の中の円は見かけの道筋です。地平線より下は地面に隠れて見えないので、どの星も円を一周する間ずっと観察できるとは限りません。星の高さや観察場所によって、地平線の上に見える範囲が変わります。図に描かれている範囲と、実際に見えている範囲は区別しましょう。

同じ星を写真に記録した場合、背景の建物などを目印にして、時刻ごとの位置を比べられます。ただし、カメラの向きや置き場所を途中で変えると、写真の中の移動には撮影条件の違いも混ざります。比較する記録では、同じ場所から同じ方位を向いたかを先に確認します。星を線で結んだ形は、空の位置が変わっても、記録の間はまとまりとして追うことができます。

東西南北の図は、それぞれ観察者が体の向きを変えて見た図です。南の図の右と北の図の右は同じ方位を指しません。図の上が北、右が東という地図の約束を、そのまま目の前の空の図へ持ち込まないことが大切です。

基本例題：南の空の位置を時刻で追う

日本の中緯度で、南を向いて星Aを紙上の記録で調べます。午後7時に星Aは南東寄りに見えました。この問題では、星Aは見かけ上、1時間に15度ずつ東から西へ動くものとします。午後9時には午後7時の位置から何度動き、図の左と右のどちらに見えますか。角度は整数で答えます。建物や地形には隠れないものとします。

図2の矢印は、この問題の星Aの見かけの動きです。数字は問題の条件であり、ここでは星Aの移動を計算するために使います。南を向いているので、左側が東、右側が西です。

まず、午後7時から午後9時までの経過時間を求めます。

9時 − 7時 = 2時間

次に、1時間に動く角度を2時間分にします。

15度 × 2 = 30度

答えは30度、午後7時の位置より右です。図2の午後8時の印を通り、さらに同じ向きへ進むと午後9時の印になります。右と答える理由は南を向いていることにあり、東から西という方位をそのまま左右へ置き換えたからではありません。

逆に、午後9時の位置から午後7時の位置を考えるなら、時間をさかのぼるので、図の矢印とは逆向きに30度たどります。時間が早い位置を求めるときも、星が実際に逆回りしたという意味ではありません。記録を後から前へ読み戻す操作です。

応用例題：北の円と経過時間を組み合わせる

日本の中緯度で北を向き、北極星の近くを中心とする見かけの円を紙に描きます。午後8時、星Bはその中心から見て右側にあります。この問題では、星Bは円に沿って1時間に30度ずつ反時計回りに動くものとします。午後11時の星Bは中心から見てどの側にありますか。上、右、下、左から1つ選びます。円の描かれた範囲は地平線より上で、星は隠れないものとします。

午後8時から午後11時までは3時間です。1時間あたりの角度を3回分にします。

11時 − 8時 = 3時間

30度 × 3 = 90度

円を4等分した1つ分が90度です。右側から反時計回りに4分の1周たどると上側に着くので、答えは上です。右から下へ進めば時計回りになり、問題に示した向きと合いません。中心から星へ線を引き、その線がどちらへ回るかを見ると、位置の移り方を確かめられます。

この問題の分かれ目は、南の空の左右を問うのか、北の円のどの位置を問うのかという点です。南では観察者から見た東西と左右を対応させます。北では北極星の近くを中心に置いて、星の出発点と回る向きを確かめます。同じ「右」という言葉でも、南の図の右は画面上の西、北の円の右は中心に対する位置です。

時刻をまたぐ問題では日付にも注意します。たとえば夜の記録が真夜中をまたぐなら、真夜中までの時間と、そこから後の時間に分けて足します。時刻の数字をそのまま引いて答えが出せないときも、時間の流れを区切れば整理できます。角度の条件が与えられていなければ、数値を勝手に決めて計算しないことも必要です。

逆向きの答えを直す

北の空の記録で、北極星の右側にある星が次に下へ動くと答えたとします。右側から下へ進むのは時計回りです。北を向いたときの星の見かけは反時計回りなので、この答えは向きが逆です。

図3では、北極星の近くを中心とする円の右側を取り上げています。正しい矢印は上を向き、誤った矢印は下を向きます。赤い線は誤った向きの例、緑の線は正しい向きの例です。

原因の一つは、南の空で星が左から右へ動く図を、そのまま北の空にも重ねることです。南と北では観察者の向きが反対なので、左右に対応する方位も入れ替わります。まず図の下に「北を向く」と書き、中心の北極星と星の出発点を指さします。それから反時計回りに円をたどり、出発点でどちらへ進むかを矢印にします。

もう一つの誤りは、経過時間を使わず、午後7時と午後9時の数字を足してしまうことです。時計の上で始めと終わりを指し、その間の時間を書いてから角度をかけます。答えの単位が時間なのか度なのかも最後に見直します。位置を答える問題なら、計算した角度を出発点から指定の向きにたどって初めて答えになります。

観察記録に方位や時刻が欠けているときも、空いているところを思い込みで埋めてはいけません。どちらを向いた図か不明なら左右を決められず、時刻の一方が不明なら経過時間を求められません。問題に戻り、条件が書かれた場所を探す習慣をつけましょう。

練習：図と時刻を自分で読む

次の問題は日本の中緯度での紙上の観察です。角度と時刻は各問題の条件です。星は指定の間、地平線や建物に隠れないものとします。

問題1

東を向いて、午後6時と午後8時に同じ星Cを見ました。星Cの2回目の位置は1回目より上と下のどちらですか。方向を答え、その理由も述べましょう。

問題2

南を向いた記録で、午後6時に星Dが見えました。星Dが1時間に20度ずつ東から西へ動くという条件のとき、午後9時までに動く角度を整数で答えます。また、2回目の位置は1回目より左と右のどちらですか。

問題3

北を向いた記録で、午後7時に星Eが北極星の近くを中心とする円の上側にあります。星Eは1時間に45度ずつ反時計回りに動くとします。午後9時には中心から見て上、右、下、左のどの側にありますか。1つ選びましょう。

問題4

西を向いた記録で、午後10時に見えた星Fを午前1時にもう一度見ました。星Fが1時間に10度ずつ動くという条件のとき、動いた角度を整数で答えます。2回目の位置は1回目より上と下のどちらですか。

答えと道筋

問題1の答えは上です。東の空では星が上って見えます。同じ星を後の時刻に見たので、最初より高い位置を選びます。下を選ぶと西の空での動きと取り違えています。時刻の差が2時間あることは読み取れますが、角度の条件はないので、動いた角度を数値では答えません。

問題2は60度、右です。午後6時から午後9時までの時間は次のとおりです。

9時 − 6時 = 3時間

20度 × 3 = 60度

南を向くと東が左、西が右です。東から西へ進む星Dは右側に移ります。左を選ぶと方位と左右の対応が逆です。角度を求める計算と、向きを決める作業をそれぞれ確かめます。

問題3は左です。午後7時から午後9時までの2時間で動く角度を求めます。

9時 − 7時 = 2時間

45度 × 2 = 90度

上から反時計回りに4分の1周すると左です。右は時計回りに進んだ位置です。上は出発点、下は半周した位置なので、いずれも条件に合いません。中心と出発点を描いてから円をたどると、選択肢を順に確かめられます。

問題4は30度、下です。午後10時から真夜中までは2時間、真夜中から午前1時までは1時間です。

2時間 + 1時間 = 3時間

10度 × 3 = 30度

西の空では星は下って見えるため、後の位置は下です。上を選ぶと東の空と取り違えています。午前1時の数字から午後10時の数字を直接引くのではなく、真夜中で時間を分けると数えられます。

覚えておくこと

東では上り、西では下り、南では左の東から右の西へ動きます。 北では北極星の近くを中心に反時計回りに動いて見えます。 角度は、問題で示された1時間あたりの角度と経過時間から求めます。

家で見守るときの戻り道

お子さまが矢印を逆に描いたら、すぐに向きを伝える前に、図の中で観察者が向いている方位を指さしてもらいます。次に、北の図なら北極星の近くの中心と星の出発点を、南の図なら東と西を指さしてもらいます。方位は言えても、図の左右に置けないのか、それとも中心の周りの回り方で迷っているのかが見えてきます。

計算で止まった場合は、式を先に教える代わりに、始めと終わりの時刻を時計や紙の時間の線に印してもらいます。真夜中をまたぐなら、そこで区切ってそれぞれの時間を数えます。経過時間を言えたら、1時間分の角度を何回分集めるかを尋ね、最後に単位を確かめます。

答えが合っていても、たまたま左右を選べた場合があります。別の方位を向く図で東西を指し直し、なぜその向きになるかを短く話してもらうと、考え方を確かめられます。北の円では出発点を変え、同じ反時計回りでも矢印の向きが変わることを一緒にたどります。観察する向きと出発点が、星の動きを読む手がかりです。