遠点とは、主天体（1）に対して、周回する惑星（2と3）が到達する最も遠い点（2）と最も近い点（3）を指します。

アプシス（古代ギリシア語 のἁψίς ( hapsís ) 「アーチ、丸天井」（第3変化）に由来；複数形はapsides / ˈ æ p s ɪ ˌ d iː z / AP -sih​​-deez ）[1] [2] は、惑星がその主天体の周りを回る軌道上で最も遠い点、または最も近い点である。アプサイド線（アプサイド線、または軌道の長軸とも呼ばれる）は、2つの極値を結ぶ線である。   

異なる天体の周りの軌道に関連する遠点には、他の遠点と区別するために独自の名前があります。地球の周りの軌道である地心軌道に関連する遠点では、衛星や月が地球の周りの軌道と同様に、最も遠い地点が遠地点、最も近い地点が近地点と呼ばれます。太陽の周りの軌道に関連する遠点には、太陽中心軌道では最も遠い点である遠日点、最も近い点である近日点と名付けられます。[3]地球の2つの遠点とは、主太陽の周りの軌道における最も遠い点である遠日点と、最も近い点である近日点です。遠日点と近日点という用語は、木星や太陽系の他の惑星、彗星、小惑星の軌道にも同様に適用されます。

概要

相互作用する楕円軌道を持つ二体系：小さな衛星天体（青）が主天体（黄色）の周りを公転し、両者は共通の質量中心（または重心）（赤+）の周りを楕円軌道で公転しています。
∗近点と遠点の距離：周回天体とその主天体間の最小距離と最大距離。

どの楕円軌道にも2つの遠点が存在します。それぞれの遠点の名称は、主天体から最も遠い点を表す接頭辞ap-、apo-（ ἀπ(ό) 、 (ap(o)-)  「離れて」から）、または最も近い点を表す接尾辞 peri- （ περί (peri-)  「近く」から）に、主天体を表す接尾辞が付きます。地球の接尾辞は-geeなので、遠点の名称はapogeeとperigeeです。太陽の接尾辞は-helionなので、遠点と近点の名称はaphelionとperihelionです。

ニュートンの運動の法則によれば、すべての周期軌道は楕円形である。二つの天体の重心は、大きい方の天体の内側に位置することがある。例えば、地球と月の重心は、地球の中心から地表までの距離の約75%に位置する。[4]大きい方の質量と比較して、小さい方の質量が無視できるほど小さい場合（例えば衛星の場合）、軌道パラメータは小さい方の質量に依存しない。

接尾辞（-apsis）として使用される場合は、この用語は、主天体から周回天体までの2つの距離、すなわち、後者が1) 近点、または2) 遠点にある場合の距離を指すことができます（両方の図を比較してください、2番目の図）。遠点線は、軌道を挟んで最も近い点と最も遠い点を結ぶ線の距離を表します。また、単に主天体を周回する物体の限界距離を指すこともあります（上の図を参照、3番目の図を参照）。

軌道力学において、アプサイドとは、二体系の重心と周回天体の質量中心との間の距離を指します。しかし、宇宙船の場合、これらの用語は、中心天体の表面からの宇宙船の軌道高度を指すのに一般的に用いられます（一定の標準基準半径を仮定）。

ケプラーの 軌道要素：軌道を周回する天体の最近点である点Gは軌道の近点（近点とも言う）です。軌道を周回する天体の最遠点である点Hは軌道の遠点（遠点とも言う）です。そして、それらの間の赤い線は遠点線です。

用語

「近点」と「遠点」という言葉がよく使われますが、専門的な用法では近点/遠点が好まれます。

  • 主天体が指定されていない一般的な状況では、軌道の端点を指定するために 近点と遠点という用語が使用されます (表の上部の図を参照)。近点と遠点(または遠点) も同等の代替語ですが、これらの用語は距離、つまり、周回天体とそのホスト天体間の最小距離と最大距離を指すこともよくあります (2 番目の図を参照)。
  • 太陽の周りを回る天体にとって、最短距離の点は近日点（/ ˌ p ɛr ɪ ˈ h iː l i ə n /）、最長距離の点は遠日点（/ æ p ˈ h iː l i ə n /）です。[5]他の恒星の周りの軌道について議論する場合、これらの用語は近日点と遠日点になります。
  • 月を含む地球の衛星について議論する場合、最短距離の点は近地点（/ ˈ p ɛr ɪ dʒ iː /）、最長距離の点は遠地点（古代ギリシャ語のΓῆ ( Gē )、「陸地」または「地球」に由来）です。[6] [7]
  • 月の軌道上にある物体の場合、最短距離の点は近点（/ ˌ p ɛr ɪ ˈ s ɪ n θ i ə n /）、最長距離の点は遠点（/ ˌ æ p ə ˈ s ɪ n θ i ə n / ）と呼ばれます。近点（perilune）、遠点（apolune）、近点（periselene）、遠点（ aposelene）という用語も使用されます。[8] [7]月には天然の衛星がないため、これは人工物にのみ適用されます。

語源

近日点（perihelion ）と遠日点（aphelion）という言葉は、ヨハネス・ケプラー[9]が太陽の周りを回る惑星の軌道運動を説明するために作った造語です。これらの言葉は、太陽を意味するギリシャ語（ ἥλιος、またはhēlíos ）に接頭辞peri- （ギリシャ語： περί、近い）とapo-（ギリシャ語：ἀπό、離れて）が付加されてできたものです。[5]

他の天体にも様々な関連用語が用いられています。天文学文献では、地球、太陽、恒星、銀河中心を指す接尾辞として、それぞれ-gee、-helion、-astron、-galacticonが頻繁に用いられます。接尾辞-joveは木星に時折用いられますが、-saturniumは過去50年間、土星にはほとんど用いられていません。-geeは、地球だけでなく、「あらゆる惑星」に最も近い一般的な用語としても用いられます。

アポロ計画では、月周回軌道を指す際に「ペリシンシオン」と「アポシンシオン」という用語が使用されました。これはギリシャ神話の月の女神アルテミスの別名であるシンシアに由来しています。[10]近年では、アルテミス計画において「ペリルーン」と「アポルーン」という用語が使用されています。[11]

ブラックホールに関して、「ペリボトロン」という用語が初めて使用されたのは、J・フランクとM・J・リースによる1976年の論文[12]で、彼らはWR・ストーガーが「穴」を意味するギリシャ語「bothron」を用いた用語の提案を行ったことを称賛しています。ギリシャ語に由来する「ペリメラスマ」と「アポメラスマ」という用語は、物理学者でSF作家のジェフリー・A・ランディスが1998年に発表した短編小説で使用しており[13] 、2002年の科学文献では「ペリニグリコン」と「アポニグリコン」（ラテン語由来）よりも先に登場しました[14]。

用語の要約

以下に示す接尾辞は、peri-またはapo-接頭辞に付加することで、示されたホスト/ （主）システムの周回天体のアプサイドに固有の名称を与えることができます。ただし、地球、月、太陽系にのみ固有の接尾辞が一般的に使用されます。太陽系外惑星の研究では一般的に-astronが用いられますが、他のホストシステムでは通常、一般的な接尾辞である-apsisが用いられます。[15] [検証失敗]

近日点と遠日点

太陽の周りを公転する天体の軌道と、それに最も近い点（近日点）と最も遠い点（遠日点）を示した図

近日点 (q) と遠日点 (Q) は、それぞれ天体が太陽の周りを一周する軌道の最も近い点と最も遠い点です。

特定の時代の接触要素を異なる時代の接触要素と比較すると、差異が生じます。6つの接触要素の一つである近日点通過時刻は、（一般的な二体モデルを除き）完全な力学モデルを用いた太陽までの実際の最短距離を正確に予測するものではありません。近日点通過の正確な予測には、数値積分が必要です。

内惑星と外惑星

下の2つの画像は、地球の黄道面（地球の公転面と同一平面）の北極上空から見た太陽系惑星[19]の軌道、軌道交点、近日点（q）と遠日点（Q）の位置を示しています。惑星は太陽の周りを反時計回りに公転し、それぞれの惑星の軌道の青い部分は黄道面の北側、ピンクの部分は南側を公転しています。点は近日点（緑）と遠日点（オレンジ）を示しています。

最初の画像（左下）は、太陽から外側に位置する水星、金星、地球、火星といった内惑星を示しています。地球の軌道は黄色で示され、基準軌道面を表しています。春分点の時点では、地球は図の下部にあります。2番目の画像（右下）は、外惑星である木星、土星、天王星、海王星を示しています。

軌道ノードは、惑星の傾いた軌道が基準面と交差する「ノードライン」の2つの端点です。 [20]ここでは、軌道の青い部分とピンク色の部分が交わる点として「見られる」場合があります。

  • 太陽系の内惑星の近日点（緑）と遠日点（オレンジ）
    太陽系の内惑星の近日点（緑）と遠日点（オレンジ）
  • 太陽系の外惑星の近日点（緑）と遠日点（オレンジ）
    太陽系の外惑星の近日点（緑）と遠日点（オレンジ）

遠心円の線

この図は、太陽系のいくつかの天体（惑星、ケレスを含む既知の準惑星、ハレー彗星）の、最接近点（近日点）から最遠点（遠日点）までの極限距離を示しています。水平バーの長さは、示された天体の太陽周回軌道の極限距離に対応しています。これらの極限距離（近日点と遠日点の間）は、様々な天体が主天体を周回する軌道の遠近線です。

Astronomical unitAstronomical unitAstronomical unitAstronomical unitAstronomical unitAstronomical unitAstronomical unitAstronomical unitAstronomical unitAstronomical unitHalley's CometSunEris (dwarf planet)Makemake (dwarf planet)Haumea (dwarf planet)PlutoCeres (dwarf planet)NeptuneUranusSaturnJupiterMarsEarthVenusMercury (planet)Astronomical unitAstronomical unitDwarf planetDwarf planetCometPlanet

太陽系内の選択された天体と太陽との距離。各バーの左端と右端はそれぞれ近日点と遠日点に対応しており、バーが長いほど軌道離心率が高いことを示しています。太陽の半径は70万km、木星（最大の惑星）の半径は70万kmですが、どちらもこの画像では解像するには小さすぎます。

地球の近日点と遠日点

21世紀では、地球は12月の至点から約14日後の1月上旬に近日点に到達します。近日点では、地球の中心は太陽の中心から約0.9833  AU（147,100,000  km、91,400,000  mi）[21]離れています。一方、地球は現在、6月の至点から約14日後の7月上旬に遠日点に到達します。地球と太陽の中心間の遠日点距離は現在約1.01664  AU（152,087,000  km、94,503,000  mi）です[21] 。

近日点と遠日点の日付は、歳差運動やその他の軌道要因により、1世紀にわたって変化し、ミランコビッチ サイクルと呼ばれる周期的なパターンに従います。短期的には、2025年7月3日の遠日点と2026年7月6日の遠日点のように、日付は1年で最大3日間変化することがあります。この短期的な変化は月の存在によるものです。地球と月の重心は太陽の周りを安定した軌道で回っていますが、平均して重心から約4,700キロメートル (2,900マイル) 離れている地球の中心の位置は、重心からどの方向にもずれる可能性があり、これが太陽と地球の中心が実際に最も接近するタイミングに影響します (これにより、特定の年の近日点のタイミングが決定されます)。[22]より長い時間スケールでは、最後の7月3日の遠日点は2060年、最後の1月2日の近日点は2089年です。[23]最初の7月7日の遠日点は2067年です。[23]

遠日点では距離が長くなるため、近日点と同様に、地球表面の一定領域に降り注ぐ太陽放射は93.55%に過ぎません。しかし、これでは季節は考慮されません。季節は地球の軸が地球の公転面に対して垂直から23.4°傾いていることによって生じます。 [24]実際、近日点と遠日点の両方において、一方の半球では夏、もう一方の半球では冬となります。地球から太陽までの距離に関係なく、太陽光が最も直接的に当たらない半球では冬、太陽光が最も直接的に当たる半球では夏となります。

北半球では、夏は太陽放射が最も少ない遠日点と重なります。それにもかかわらず、北半球の夏は南半球よりも平均2.3℃（4°F）暖かくなります。これは、北半球には海よりも暖まりやすい大きな陸地があるためです。[25]

しかしながら、近日点と遠日点は季節に間接的な影響を与えます。地球の公転速度は遠日点で最小、近日点で最大となるため、地球が6月の冬至から9月の春分まで公転する時間は、12月の冬至から3月の春分まで公転する時間よりも長くなります。そのため、北半球の夏は南半球の夏（89日）よりもわずかに長く（93日）続きます。[26]

天文学者は、牡羊座第一点を基準とした近日点通過のタイミングを、日数や時間ではなく、軌道変位角、いわゆる近点経度（近点経度とも呼ばれる）で表現することが一般的です。地球の軌道では、これは近日点経度と呼ばれ、2000年には約282.895°でした。2010年には、これはわずか1度進んで約283.067°となり、[27]つまり、平均して年間62秒増加しています。

地球が太陽の周りを公転する場合、遠点の時刻は季節を基準とした相対時間で表現されることが多い。これは、楕円軌道が季節変動に与える影響を決定づけるからである。季節の変動は主に太陽の仰角の年周期によって制御されており、これは黄道面から測った地球の軸の傾きによって生じる。地球の離心率やその他の軌道要素は一定ではなく、太陽系内の惑星やその他の天体による摂動効果（ミランコビッチ周期）によって緩やかに変化する。

非常に長い時間スケールで見ると、近日点と遠日点の日付は季節によって変化し、2万2000年から2万6000年で一周期を成します。西暦3800年には、近日点は2月に定期的に発生するようになります。[21]地球から見た星の位置には、これに対応する動きがあり、遠日点歳差運動と呼ばれます。（これは、自転軸歳差運動と密接に関連しています。）過去および将来の数年間の近日点と遠日点の日付と時刻は、次の表に示されています。[23]

他の惑星

次の表は、近日点と遠日点における惑星と準惑星の太陽からの距離を示しています。 [28]

  1. ^ 差は次のように定義される
  2. ^ 日射差は次のように定義される

数式

これらの式は、軌道の近点と遠点を特徴づけます。

近地点
最大速度、、最小（近点）距離、。
アポセンター
最小速度、最大（遠点）距離、。

一方、ケプラーの惑星運動の法則（角運動量保存則に基づく）とエネルギー保存則 によれば、これらの 2 つの量は特定の軌道に対して一定です。

比相対角運動量
比軌道エネルギー

どこ：

  • 遠点から主焦点までの距離
  • 近点から主焦点までの距離である
  • aは長半径です。
  • μは標準的な重力パラメータである
  • eは離心率であり、次のように定義される。

地表からの高さから軌道とその主天体の間の距離への変換には、中心天体の半径を加算する必要があり、その逆も同様であることに注意してください。

2つの限界距離の算術平均は長半径aの長さです。2つの距離の幾何平均は短半径 bの長さです。

2つの限界速度の幾何平均は

これは半径 の円軌道上の物体の速度です。

近日点の時刻

近日点通過時刻などの軌道要素は、n体問題を考慮しない非摂動二体解を用いて選択された元において定義されます。近日点通過時刻を正確に求めるには、近日点通過時刻に近い元を用いる必要があります。例えば、1996年を元とすると、ヘール・ボップ彗星は1997年4月1日に近日点を通過します。[29] 2022年を元とすると、近日点通過日は1997年3月29日と、より精度の低い日付となります。[30]短周期彗星は、選択された元にさらに敏感になる可能性があります。 2005年を基点とすると、101P/チェルヌイフは2005年12月25日に近日点に到達します。[31]しかし、2012年を基点とすると、擾乱のない近日点到達日は2006年1月20日と、精度は低くなります。[32]

数値積分により、準惑星 エリスは2257年12月頃に近日点に来ることが示されています。[34] 2025年を元として計算すると、エリスは2257年8月に近日点に来るという結果があまり正確ではありません。[35]

4 ベスタは2021年12月26日に近日点に到達したが[36]、2021年7月を基準とした2体解を用いると、ベスタが2021年12月25日に近日点に到達したことがあまり正確ではないことが示される[37]。

短い観察期間

太陽から80天文単位以上離れた場所で発見される太陽系外縁天体は、天文学者にとって大きな課題です。これらの天体は空を非常にゆっくりと移動するため、科学者は数年にわたる多数の観測によって軌道を正確に決定する必要があります。

天文学者が限られたデータしか持っていない場合、例えば2015 TH 367の観測データがわずか1年間にわずか8回しか収集されなかった場合のように、不確実性は莫大なものになります。太陽に最も近づく（近日点）まで約100年かかる天体の場合、このような限られたデータは莫大な不確実性につながる可能性があります。2015 TH 367の場合、科学者たちは当初、近日点到達の日付がプラスマイナス77.3年（28,220日）（1シグマの不確実性）ずれる可能性があると推定していました。これは、人間の一生分に相当する不確実性です。[38]

これは、これらの遠方の天体の追跡には、その真の軌道特性を突き止めるために忍耐と長期にわたる観測キャンペーンが必要である理由を示しています。[39]

参照

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  • Apogee – Perigee 写真サイズ比較、perseus.gr
  • 遠日点と近日点の写真サイズ比較、perseus.gr
  • 現在、水星よりも太陽に近い小惑星のリスト（これらの天体は近日点に近くなります）