太陽の写真を日ごとに並べると、同じ黒点群が円盤上を移動して見えます。この記録から自転を考えられますが、写真の上で1cm動いたことを、そのまま自転の何度分かに置き換えることはできません。球を平面へ写しているため、円の中央と端では見かけの動き方が違うからです。
一日に動く空の太陽と区別する
朝から夕方にかけて太陽全体が空を移動して見える主な原因は、地球の自転です。一方、輪郭と向きをそろえた太陽の写真の中で、黒点が数日かけて移る記録は、主に太陽の自転を調べるものです。一時間に約15度という地球の日周運動の数値を、そのまま黒点へ使わないようにします。
黒点は固定されたインクの点ではなく、形や数が変化します。別の日に似た点が見えたからといって、必ず同じ黒点とは限りません。以下の例題では同じ黒点群を追跡できたと指定します。写真の上下左右も統一し、観測者の向きの変化などを補正した太陽表面の経度の変化が与えられているものとします。
画像の横幅は、角度の等間隔な目盛りではない
地球儀を真正面から見てみると、中央に近い経線の間隔は広く、端に近い経線は詰まって見えます。太陽の表面も球状なので、同じ角度だけ回っても、写真の横方向の移動距離は位置によって変わります。紙の上で等間隔に進まなくても、それだけで自転速度が変わったとは言えません。
そこで周期を求める例題では、写真のcmではなく、補正された経度の度数を使います。一周360度を、何日で何度進むかの割合へつなげます。角度が0度をまたぐ表では、たとえば350度の次の10度を「340度戻った」と読まず、向きの指定に従って20度進んだ場合があることも確認します。
例題1｜同じ黒点の経度から一周を求める
観測者の移動などを補正した表で、同じ黒点群の経度が5日間に72度進みました。この期間の速さが一定で、その緯度では同じ速さで一周すると仮定します。自転周期は何日ですか。
答え・解説： 360度は72度の5倍なので、5×5＝25日です。一日当たり72÷5＝14.4度と求め、360÷14.4＝25日としても同じです。5日間の移動量を一日分と取り違えると、5日という答えになってしまいます。日数と角度を一組で書いて計算しましょう。
この25日は、例題で使う補正済みの基準に対する値です。地球から黒点が同じ向きに見えるまでの日数には、地球の公転も関係します。写真で同じ見え方が繰り返す間隔と、遠方の星に対する太陽の回転を、いつでも同じ数値として扱わないようにします。どの基準の角度かを問題文が指定していることが大切です。
例題2｜異なる緯度の黒点群を比べる
同じ基準で補正された記録を使います。黒点群Aは6日間で90度、黒点群Bは6日間で72度進みました。それぞれの緯度で、この速さが一定とします。自転周期を求め、どちらが速く回るか答えましょう。
答え・解説： Aは360÷90×6＝24日、Bは360÷72×6＝30日です。一周にかかる時間が短いAの方が速く回ります。周期の数が大きいBを、回転が速いと逆に読まないようにします。一日当たりならAは15度、Bは12度と比較できます。
太陽は固体の球と同じように、どの緯度でも一つの周期で回るわけではありません。緯度によって回り方が違います。ただし、例題の二つの値だけで太陽全体の細かな仕組みまで説明できるわけではありません。観測した黒点の緯度と、測った期間を添えて結果を述べます。地球の自転の数値と偶然同じ15という数字が出ても、ここでは一日当たりの角度です。
端から端までを一周にしない
見えている太陽の円盤は、球の表側です。黒点が一方の端から反対の端まで見えたとしても、それは太陽を一周したことにはなりません。裏側を進む部分が写真には写っていないからです。さらに端付近では黒点が見分けにくくなり、同一の黒点群が一周分ずっと存続するとも限りません。
周期の計算は、観測の欠けた部分を一定速度という仮定で補っています。その仮定があるから、72度だけの移動から360度分を求められます。記録から直接読んだ値と、比例で推定した一周の値を分けて書くと、資料問題として正確な説明になります。
太陽を肉眼や普通の双眼鏡・望遠鏡で直接見てはいけません。この記事の練習は、安全に取得された公開画像や与えられた角度表を読むものです。表の基準、黒点の対応、経度の変化、経過日数を確認してから、一周へ比例させましょう。
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記録表には角度の差だけでなく、測定した日時も書きます。月曜日の朝から金曜日の朝までは四日間であり、観測日が五つあるから五日間とはしません。二枚の写真の撮影時刻が違えば、一日未満の時間も含めて差を取ります。周期を求める前に、角度の変化と経過時間を同じ二つの観測に対応させるだけで、数え方による誤りを防げます。