夏と冬で太陽の通り道が違うのはなぜですか
地球が地軸を傾けたまま太陽のまわりを公転するためです。日本の中緯度では、夏至の太陽は高いところを通って昼が長くなり、冬至は低いところを通って昼が短くなります。比べるときは観測地点をそろえましょう。
出る位置 高さ 昼の長さを一緒に見る
春分・秋分ごろは、太陽がほぼ真東から昇り、ほぼ真西へ沈みます。昼の長さは約12時間です。夏至ごろは日の出も日の入りも北寄りになり、太陽が南中するときの高度が一年で最も高くなります。冬至ごろは出入りが南寄りで、南中高度は最も低くなります。
三本の通り道を比べるときは、最高点だけに注目せず、地平線と交わる両端も見てください。日本の同じ場所なら、高く長い夏至の通り道と、低く短い冬至の通り道が対応します。別の緯度の地点を混ぜると、昼の長さや高度を同じ条件で比べられません。
南中高度は地平線から測る
北緯35度の地点を例に、地軸の傾きを23.4度として考えます。春分・秋分の南中高度は90−35で55度。夏至はここに23.4度を足して78.4度、冬至は引いて31.6度になります。問題に23.5度など別の値が指定されていれば、その値を使います。
高度は、観測者から太陽へ引いた線と、水平な地面との間の角度です。真上から測った角度ではありません。「35度」と「55度」を取り違えたら、分度器の0度を置く線を確かめましょう。
宇宙からの図では地軸を平行に描く
一年の公転を描くときは、それぞれの位置にある地球の地軸を、ほぼ平行にそろえます。地軸は公転面に垂直な方向から約23.4度傾いています。日本の夏至は北極側が太陽へ傾く位置、冬至はその反対の位置です。
夏は太陽が高く、地面の同じ面積が受け取る光の量が大きくなるうえ、日が当たる時間も長くなります。季節を考えるときは、この照らされ方を確かめます。地球と太陽の距離だけで日本の夏と冬を説明することはできません。
透明半球の中心に観測者を置く
透明半球は、観測者から見た空を小さなドームに置き換えたものです。底面の円の中心を決め、東西南北を実際の方位に合わせます。半球上にペン先を当て、その影の先が底面の中心に重なる位置に印をつけます。観測した時刻も添え、時間をおいて同じ操作を繰り返します。
図を読むときは、底面の中心から記録点へ線を引きます。その線が観測者から太陽を見る方向です。南中高度を読むなら、南中の記録点へ向かう線と、中心から南へ向かう水平な線との角度を見ます。半球のふちから記録点へ線を引くと、別の角度になってしまいます。
基本モデルと実際の観測を区別する
実際の春分・秋分の日は、太陽のふちを使う出入りの定義と大気による光の屈折のため、昼が夜より少し長くなります。また、夏至は昼が最も長い日ですが、日の出が最も早い日とは一致しません。
復習では、同じ半球に夏至・春分秋分・冬至の通り道を描き、出入りの北寄り・南寄りを説明してみましょう。観測で太陽を直接見る必要はありません。影を使い、太陽を見つめないようにします。
確認の問い
北緯35度、地軸の傾き23.4度のモデルで、冬至の南中高度を求めましょう。
90−35−23.4＝31.6度です。
透明半球で高度を測る角の頂点はどこですか。
底面の円の中心です。観測者の位置に当たります。
WATCH & REVIEW
この記事の元になった授業
元の授業では、図を描く手順を確かめながら復習できます。視聴後は、この記事の確認の問いを自分の言葉で説明してみましょう。
9.30早朝暗記特訓 太陽の1年の動き（アーカイブ）
参考資料
編集補足：高度は、真上から引き算する角度ではない
南中高度を求める問題では、式を覚える前に角の頂点を置きます。観測者の足元から水平線を引き、同じ点から太陽へ線を引きます。その間が高度です。真上へ向けた線との間の角度は、これとは別の角度です。二つを合わせて90度になることを使えば、図の読み違いに気づけます。 透明半球でも、中心が観測者に当たります。半球のふちを頂点にして測ると、数字がそれらしく見えても南中高度ではありません。線をどこから引いたか、分度器の0度をどの線に合わせたかを一つずつ確認します。季節を比較するときは、緯度もそろえてください。
例題1：真上との角度から高度へ
ある地点で、太陽が真南に来たとき、太陽へ向かう線と真上の方向との角度は28度でした。南中高度は何度ですか。 答え：62度です。 水平方向から真上までは90度なので、90−28＝62度になります。28度と答えた場合は、太陽の位置を知らないのではなく、どちら側の角を読んだかが違っています。図には二つの角を描き、問われている方へ印をつけましょう。
例題2：緯度と季節を両方変えたら
地軸の傾きを23.4度とする基本モデルです。北緯36度の地点の夏至と、北緯32度の地点の冬至では、太陽の南中高度はそれぞれ何度ですか。 答え：夏至は77.4度、冬至は34.6度です。 前者は90−36＋23.4、後者は90−32−23.4と計算します。二地点の結果の差42.8度を、同じ地点での夏至と冬至の差だと説明してはいけません。緯度を変えた分も含まれているからです。 同じ地点なら夏至と冬至の差は23.4度の二つ分ですが、今回のように地点が違うと事情が変わります。設問を読むときは「同じ場所」という一語を探し、なければ地点の条件を書き出します。また、この式をそのまま使う対象は問題で指定した日本の中緯度の基本モデルです。熱帯や南半球の図へ、太陽がいつも南に来るという前提を持ち込まないようにしましょう。
