月の軌道

一般的な月の軌道は説明が難しく、頭の良い方は簡単に理解できるのかもしれませんが、私たちにとって簡単に理解できるような説明ではないと思います。

そこで、私の視点から見た計算へ変えたいと思います。(^^;

私は、地球を水平にして太陽と月がどう動くか考えたいと思います。


地球の赤道を赤いラインとすると、太陽、地球の関係は図の様になります。

地球は自転しています。
太陽の通り道が黄道で、赤道に対して23.44度~-23.44度の範囲に傾いています。


鼠色の矢印は、月の公転方向。
黒色の矢印は、地球の自転方向。
紫色の矢印は、白道の回転方向。
黄色の線は、黄道上にある太陽の方向で、春夏秋冬で太陽の高度が最も高くなる場所です。
紫色の曲線は、月の軌道である白道。

白道は黄道に対して、5.145度~ -5.145度の範囲に傾いています。
白道が一周する周期をサロス周期と呼び、6585.3212日で一周します。


紫色の円は、白道。
紫色の矢印は、白道の回転方向。

太陽の位置を春、秋に限定した場合、この白道の軌道は、図の様に太陽へ対して傾く方向が変化し、6585.3212日(サロス周期)で一周します。
この時、地球の自転とは逆方向(紫色の矢印)へ回転して方向が変わっていく。


次は、太陽の位置を夏に限定した場合、白道の軌道は図の様に太陽へ対して傾く方向が変化し、図の様に白道は6585.3212日(サロス周期)で一周します。


次は、太陽の位置を冬に限定した場合、白道の軌道は図の様に太陽へ対して傾く方向が変化し、図の様に白道は6585.3212日(サロス周期)で一周します。


月は楕円軌道で、地球から遠ざかったり近づいたりしながら移動しています。
※正確には、地球も月から遠ざかったり近づいたりして移動しています。

最も地球へ近づく周期は、27.554550日。
最も近づいたときの距離が、約356445km。
最も遠いときの距離が、約406712km。

この様に、月と地球の距離が周期的に変化します。


※楕円を分かり易く説明するため、誇張して表現してます。
青い線は、地球の自転。
黒い線は、楕円軌道の長軸。
オレンジ色の矢印は、長軸の回転方向。

この楕円軌道の長軸の方向は定まっておらず、緑色の矢印の方向へ3232.6054日で1周します。


紫色の線は白道。
上から見ると白道を通る月は、27.3日の周期で楕円状に地球を一周公転しています。、


月の満ち欠け(朔望月)は、図の様に29.5日の周期で変化します。
後に説明しますが、朔望月は地球の周りを1周以上公転しています。


月の北極と南極を結ぶ軸は、白道に対して6.68度傾いています。

私に間違いが無ければ、これらの組み合わせにより月は動いていると習います。


さて、ここからは数学のお話です。(^^)
私が朔望月と長軸の計算をしてみたところ、地球の公転と月の公転が関係している様に思えます。


月の公転日数(27.3日)と朔望月の日数(29.5日)が違うのは、図の様に太陽の周りを公転することが理由だと思います。

月が地球を一周公転する間に27.3日経ちますので、太陽、地球、月の角度は次の角度変化します。

月が地球を公転する日数÷地球が太陽を公転する日数×360度=月が地球を公転する間に地球が太陽を公転する角度
27.3÷365.25×360.0=26.907597535934291581108829568789

適当なところで四捨五入すると、太陽を公転する角度は約26.907597536度変化することが分かります。

この時、月が太陽の方を向く日数(朔望月)を計算すると、次のような計算になります。

(月の公転角度+月が地球を公転する間に地球が太陽を公転する角度)÷月の公転角度×月の公転日数=朔望月に近い日数
(360.0+26.907597536)÷360.0×27.3=29.340492813146666666666666666667

適当なところで四捨五入すると、約29.340493日。


29.340493日-27.3日=2.040493なので、約2日進んだ事になります。
進んだ分、再計算しなければなりません。

29.340493÷365.25×360.0=28.918761067761806981519507186858
(360.0+28.91876107)÷360.0×27.3=29.493006047808333333333333333333
適当なところで四捨五入すると、約29.49300605日。

月が太陽の方へ向くまでの日数は約29.49300605日になり、やはり朔望月に近い日数になります。


次に、長軸の周期も同様に算出することが出来そうなので、計算してみます。


月の公転周期と近点周期(月が地球へ再接近する周期)を同じ時間軸で並べると、図の様になります。

つまり、月が最も地球に近づいたときから、次に月が近づいてくるまでの間に、月が少し公転しているということになります。


これにより、長軸が回転するというわけです。


ずれが一周するまでの日数を計算すると、次のように成ります。
(月の近点周期-月の公転周期)=近点周期と公転周期の差
27.554550-27.3=0.25455日
1度の公転により、0.25455日遅れて月が地球へ近づくことが分かります。

近点周期と公転周期の差÷公転周期×360.0=ずれる角度
0.25455÷27.3×360.0=3.3567032967032967032967032967033度
1度の公転で、約3.3567032967032967032967032967033度ずれることが分かります。


360度÷ずれる角度×公転周期=長軸が一周する周期(日数)
360.0÷3.3567032967032967032967032967033×27.3=2927.872716558632
ずれる角度が一周する日数と、この間に公転した日数により、長軸が回転しそうな角度を算出しています。

適当なところで四捨五入すると、長軸の回転周期は2927.87271656日となります。

インターネットに掲載されている月の長軸の回転周期は3232.6054日なので、間違っているかも知れませんね。(^^;

理解するまで苦労しましたが、未だに理解できていないように思えますが・・・。(^^;

学問として伝わっている月のお話なので、数値を参考にしているのですが、人と同じ内容を書くと間違いまで真似てしまいますので、自分で考えて説明しています。

間違っているかもしれませんので、参考程度に見てください。 (^^;

以上

月蝕により月が完全に地球に隠れるかを計算

今回は、月蝕により月が完全に隠れるかどうかを計算してみたいと思います。

隠れるといっても、地球の大気により光が屈折し、弱い光により赤く見えるので、完全に見えなくなるということではありません。

私は図形が苦手なのですが、今回は苦手な図形の計算を使って月蝕を説明したいと思います。

月のデータは、次のようになっています。



近点距離
356445km
遠点距離
406712km
直径
3474.3km

地球のデータは、次のようになっています。



赤道の直径
12756.274km
極半径
6356.752km
極直径
12713.504km

太陽のデータは、次のようになっています。



直径
1392000km
半径
696000km
距離
147100000km~152100000km



太陽の距離を152100000kmとして、これを図で表すと、次のように成ります。


※大雑把に描いたので、正確な図ではありません。

月は地球に近いほど地球の陰に隠れ易いので、近点距離を使用しています。


まず、太陽の中心を基点として計算してみましょう。
地球の上部をETとし、座標を計算すると、ET(15210万km, 0.6356752万km, 0km)になります。
太陽の上部をSTとし、座標を計算すると、ST(0万km, 69.6万km, 0万km)になります。
ETとSTを結んだラインをETSTとし、ETSTベクトルは(-15210万km, -68.9643248万km, 0万km)になります。


オレンジのベクトルと赤いラインとが交わる点をCとし、CはETSTベクトルの高さが0万kmに達したとき接点へ到達しますので、座標を算出すると、次のように成ります。

15210.0×69.6÷68.9643248=15350.197411053316076256284901668
適当なところで四捨五入すると、15350.1974万kmになります。

つまり、太陽を基点としたCの座標は、次のように成ります。
C=(15350.1974万km, 0万km, 0万km)


月から接点までの距離は、15350.1974-15210.0-35.6445=104.5529。
近距離地点に月がある場合、接点から月までの距離が、104.5529万kmということが分かります。

分かり易くするため、次は接点から座標を計算してみましょう。


月の座標をM、月の上部をMT、地球の座標をE、地球の上部をETで表しています。
M(104.5529万km, 0万km, 0万km)
MT(104.5529万km, 0.173715万km, 0万km)
E(140.1974万km, 0万km, 0万km)
ET(140.1974万km, 0.6356752万km, 0万km)


まず、接点(C)から月の上部(MT)を結ぶラインと、接点(C)から太陽(S)を結ぶラインの角度を求めたいと思います。


懐かしい式ですよね。

M(104.5529万km, 0万km, 0万km)
MT(104.5529万km, 0.173715万km, 0万km)

まず、Mの距離を求めましょう。
AQ=sqrt(104.5529×104.5529+0×0+0×0)=104.5529

まず、MTの距離を求めましょう。
AP=sqrt(104.5529×104.5529+0.173715×0.173715+0×0)=104.55304431393293963514878348274

acos(AQ÷AP)×180.0÷3.141592が角度になりますので、数値を当てはめてみるます。、

acos(104.5529/104.55304431393293963514878348274)*180.0/3.141592
=0.09519704550782894708944529026672
適当なところで四捨五入すると、0.095197度になります。

結果、月(M)と月上部(MT)の角度は、0.095197度になります。


2022-09-09.PNG

E(140.1974万km, 0万km, 0万km)
ET(140.1974万km, 0.6356752万km, 0万km)

まず、Eの距離を求めましょう。
AQ=sqrt(140.1974×140.1974+0×0+0×0)=140.1974

まず、ETの距離を求めましょう。
AP=sqrt(140.1974×140.1974+0.6356752×0.6356752+0×0)=140.1988411140402224401941656058

acos(AQ÷AP)×180.0÷3.141592が角度になりますので、数値を当てはめてみるます。、

acos(140.1974÷140.1988411140402224401941656058)×180.0÷3.141592
=0.25978553464019836892337085193357
適当なところで四捨五入すると、0.2597855度になります。

結果、地球(E)と地球上部(ET)の角度は、0.2597855度になります。


太陽と地球の距離が152100000kmの時、接点から見た太陽と月上部の角度0.095197度に対し、太陽と地球上部の角度は0.2597855度なので、完全に地球の影に隠れると思います。


次は、太陽の距離を147100000kmとして計算してみましょう。
これを図で表すと、次のように成ります。


太陽の中心を基点として計算してみましょう。
地球の上部をETとし、座標を計算すると、ET(14710万km, 0.6356752万km, 0km)になります。
太陽の上部をSTとし、座標を計算すると、ST(0万km, 69.6万km, 0万km)になります。
ETとSTを結んだラインをETSTとし、ETSTベクトルは(-14710万km, -68.9643248万km, 0万km)になります。


オレンジのベクトルと赤いラインとが交わる点をCとし、CはETSTベクトルの高さが0万kmに達したとき接点へ到達しますので、座標を算出すると、次のように成ります。

14710.0×69.6÷68.9643248=14845.588686166619295314263701745
適当なところで四捨五入すると、14845.5887万kmになります。

つまり、太陽を基点としたCの座標は、次のように成ります。
C=(14845.5887万km, 0万km, 0万km)


月から接点までの距離は、14845.5887-14710.0-35.6445=99.9442。
99.9442万kmということが分かります。


分かり易くするため、次は接点から座標を計算してみましょう。

月の座標をM、月の上部をMT、地球の座標をE、地球の上部をETで表しています。
M(99.9442万km, 0万km, 0万km)
MT(99.9442万km, 0.173715万km, 0万km)
E(135.5887万km, 0万km, 0万km)
ET(135.5887万km, 0.6356752万km, 0万km)


まず、接点から月の上部(MT)を結ぶラインと、接点から太陽(E)を結ぶラインの角度を求めたいと思います。


M(99.9442万km, 0万km, 0万km)
MT(99.9442万km, 0.173715万km, 0万km)

まず、Mの距離を求めましょう。
AQ=sqrt(99.9442×99.9442+0×0+0×0)=99.9442

まず、MTの距離を求めましょう。
AP=sqrt(99.9442*99.9442+0.173715*0.173715+0×0)=99.944350968632664386484886256899

acos(AQ÷AP)×180.0÷3.141592が角度になりますので、数値を当てはめてみます。、

acos(99.9442÷99.944350968632664386484886256899)×180.0÷3.141592
=0.09958683260382927326549595475813
適当なところで四捨五入すると、0.099587度になります。

結果、月(M)と月上部(MT)の角度は、0.099587度になります。

E(135.5887万km, 0万km, 0万km)
ET(135.5887万km, 0.6356752万km, 0万km)

まず、Eの距離を求めましょう。
AQ=sqrt(135.5887×135.5887+0×0+0×0)=135.5887

まず、ETの距離を求めましょう。
AP=sqrt(135.5887×135.5887+0.6356752×0.6356752+0×0)=135.59019009740304601133993037296

acos(AQ÷AP)×180.0÷3.141592が角度になりますので、数値を当てはめてみます。、

acos(135.5887÷135.59019009740304601133993037296)×180.0÷3.141592
=0.26861559450725413884032304233341
適当なところで四捨五入すると、0.2686156度になります。

結果、地球(E)と地球上部(ET)の角度は、0.2686156度になります。


太陽と地球の距離が147100000kmの時、接点から見た太陽と月上部の角度0.099587度に対し、太陽と地球上部の角度は0.2686156度なので、完全に地球の影に隠れると思います。

私は自信家ではないので、常に「間違っているかもしれない」と思っています。
間違っていたらはずかしい、はずかしいけどやってみたくなるわけです。(^^;

今回は、月が地球に隠れるかを計算してみました。

以上