Newton 2024年8月号
天体の動きに着目して暦がつくられた
私たちはふだん，1年や1か月，1日などという単位を使って時間を管理している。年や月，日などの単位を使って時間を数える方法を「暦（カレンダー）」という。暦は天体の動きに着目してつくられた。古代人は太陽の動きを観察し，季節の変化を把握した。そして約365日で一巡することを知り，それを1年と定めた。これが「太陽暦」である。
太陽のみかけの動きは，地球が太陽のまわりを公転していることによって生まれる。その公転周期は約365.25日だ。つまり，太陽暦と実際の天体の動きとの間には，1年に約0.25日のずれが生じていることになる。大きな影響はないと思うかもしれないが，120年もたつと，季節と暦は1か月ほどずれることになるのだ。
このずれを解消するために生まれたのが「うるう年」である。4年に一度，西暦が4で割り切れる年は，平年よりも1日多い366日と定められた。こうすることで，4年ごとの単位でみると，1年の長さは平均で365.25日となる。ただし，公転周期は厳密には約365.2422日であるため，1000年単位でみると，先述のルールでもずれが生じてしまう。そのため，2100年のように，4で割り切れる年であってもうるう年とならない場合もある。
「1日」と「1日の長さ」はどのように決まるのか
太陽は東からのぼり，南（南半球では北）を通り，西に沈むという動きをくりかえしている。そのため，地球上の多くの場所では，太陽が空にのぼっている昼間と，太陽が沈んだ夜が交互におとずれる。これはおもに地球の自転によってつくられる周期だ。1日とは，東からあらわれた太陽が西に沈み，ふたたび東にあらわれるまでの1周期だといえる。
1日の長さは，太陽が南中（北半球で太陽が最も高く上がること）してから次に南中するまでの間隔（これを太陽日とよぶ）をもとに定義できる。さらに，太陽が南中する時刻も季節に応じて変化するので，この間隔の平均値を1日の長さとすればより便利になる。この平均的な間隔は，1平均太陽日とよばれる。
現代に通じる1日24時間の定時法をつくったのは，古代ギリシャの天文学者ヒッパルコス（紀元前190年ごろ〜紀元前120年ごろ）だ。その後，エジプトのアレクサンドリアで活躍した天文学者プトレマイオス（83年ごろ〜168年ごろ）が，60進法で時間を表記した。この時代に1分，1秒を正確にはかれたかどうかはともかく，この時代に現代で使われる時刻の制度がつくられたのだ。
ただし，地球の自転速度は一定ではなく，実は1日の長さは長期的にも短期的にも変動している。長期的な変動の大きな要因は，「潮汐力」だ（下のイラスト）。潮汐力とは，大きさをもつ物体が天体からの重力の影響を受けて，変形する力だ。海の潮の満ち引きをおこすために，この名前がついている。地球に潮汐力をおよぼす主な天体は月だ。潮汐力によって地球の形が引きのばされる際，陸地よりも海水のほうが変形しやすいため，地球では潮の満ち引きが観測される。
この潮汐力による変形作用は，瞬時にはおこらず，かつ摩擦（潮汐摩擦とよぶ）によるエネルギー散逸をともなう。月が海水や地球を引きつける間にも地球は自転をつづけている。このため，地球から月に向かう方向と地球が変形する方向にずれが生じる。このずれをもどそうとする結果，地球の自転は減速する。
月がおよぼす重力は月に近いほど強くはたらくため，地球の形は引きのばされる。このとき，海水のほうが陸より変形しやすいため，潮の満ち引きとして観測される。潮汐による変形は潮汐摩擦をともない時間がかかる。このため変形する方向と月の方向にはずれが生じ，これをもどそうとして地球の自転は遅くなる。
執筆：荒舩良孝
