地球の形状とサイズ
私たちが暮らす地球は、完全な球ではなく回転楕円体に近い形をしています。地球のサイズと形を正確に把握することは、測量・航法・人工衛星軌道計算すべての基礎になります。
基本知識
地球は自転しているため、遠心力の影響で赤道方向にわずかにふくらんだ回転楕円体(扁球)です。
主要な数値:
・赤道半径: 約 6378 km
・極半径: 約 6357 km
・平均半径: 約 6371 km
・扁平率: 約 1/298（赤道と極の差は約21 km）
・表面積: 約 5.1×10⁸ km²
・体積: 約 1.08×10¹² km³
・質量: 約 6.0×10²⁴ kg
・平均密度: 約 5.5 g/cm³（地表の岩石は2.7〜3.0 g/cm³なので、内部はずっと重い物質で構成されていることがわかる）
人類が地球の大きさを最初に測定したのは古代ギリシャのエラトステネスで、紀元前3世紀にシエネとアレクサンドリアの太陽の高度差と距離から地球の全周を推定し、現代の値の数%以内に迫る精度を出していました。
回転楕円体(扁球)（赤道方向にふくらんだ地球の実際の形）
扁平率（(赤道半径−極半径)/赤道半径 ≈ 1/298）
赤道半径（約6378 km）
平均密度（約5.5 g/cm³。地表岩石の約2倍）
ジオイド（平均海面を陸地の下まで延長した面。重力方向に垂直な等ポテンシャル面）
深掘り
「丸い地球」の証拠は複数あります。①月食のとき地球の影が常に円形、②水平線の向こうに船が沈んでいく、③南北に移動すると北極星の高度が変わる、④人工衛星からの撮影。
現代では GPS 衛星を用いた測地によって地球の形が精密に測定され、国際地球基準座標系 (ITRF) として公開されています。
扁平率は惑星の自転速度と密度分布に依存し、木星(1/15)のように自転が速い惑星ほど扁平率が大きくなります。
- 地球は完全球ではなく扁球(回転楕円体)
- 赤道半径(6378 km) > 極半径(6357 km)
- 平均密度 5.5 g/cm³ > 地表岩石 2.7〜3.0 g/cm³
- 扁平率 ≈ 1/298
- エラトステネスが紀元前3世紀に地球の大きさを推定
- ジオイド=重力等ポテンシャル面
注意点
① 扁平率は非常に小さく(1/298)、日常スケールでは地球はほぼ球と扱えます。② ジオイドと回転楕円体は別物。ジオイドは凸凹しており標高の基準面として使われます。③ 平均密度5.5 g/cm³を「地表の岩石が5.5 g/cm³」と誤解しない。
練習
- 地球の赤道半径はおよそ何kmか。
- 地球の平均密度は約何 g/cm³か。地表の岩石(約2.7 g/cm³)と比較して何がわかるか。
- 地球の形を表す言葉として正しいものを答えなさい。(①真球 ②回転楕円体 ③円柱)