太陽が南に来たとき、時計は必ず12時を示す。そう覚えていると、実際の南中時刻を調べたときに戸惑います。日本の各地で太陽が南中する瞬間は同時ではありません。また、同じ場所でも、南中する時計の時刻は日によって変わります。日時計と腕時計を比べるには、まず、それぞれが何を基準に時刻を示しているかを整理しましょう。
日時計は、太陽の位置に応じてできる影などを利用します。ここでは、その場所の太陽が南中したときを12時とする基本的な読み方を考えます。日本で日常使う時計の日本標準時とは、いつでもぴったり一致するわけではありません。標準時に合わせる補正を施した日時計もあるため、実物では目盛りや説明も確認します。
日本の時計は、場所ごとに進めたり遅らせたりしない
日本標準時では、東経135度を基準とする時刻を国内で共通に使います。東へ移動するたびに腕時計を少し進めることはしません。一方、太陽がその場所の南に来る瞬間は、経度に関係します。同じ日の南中を比べると、東にある地点の方が先になります。
地球が一日で360度回るという平均的な模型では、360÷24＝15度が一時間に対応します。一度なら4分、五度なら20分です。ここで計算しているのは、経度に由来する時刻の差です。緯度の差をそのまま4分ずつに直すのではありません。
ただし、この計算を日の出の時刻へ無条件に使ってはいけません。日の出には緯度、季節、地平線付近の条件なども関わります。太陽が南中する瞬間の比較を、太陽が地平線から見え始める瞬間の比較へ、勝手に取り替えないようにします。
例題1：東経135度と140度、南中はどちらが先？
季節による時刻のずれを無視する模型で考えます。東経135度のAで南中する日本標準時を12:00としたとき、東経140度のBで南中する時刻は何時何分ですか。両地点で時計は同じ日本標準時を示すものとします。
答え・解説： BはAより5度東なので、5×4＝20分早く南中します。したがって11:40です。Bの時計を20分進めるという答えではありません。同じ標準時の時計で見たとき、太陽の南中が20分先に起こるという意味です。
12:20と答えた場合は、「東が先」を一度言葉で確かめてください。先に起こる出来事なら、共通の時計に記録される時刻は早くなります。方角の知識と時刻の足し引きを別々に考えると、符号を逆にしにくくなります。
同じ場所で日によってずれるのは、経度のせいではない
観測場所が動いていないのに、南中の時計時刻が変わることもあります。私たちの時計は、太陽の見かけの動きの年間の変動をならした時刻に基づいています。地球の公転軌道が楕円であることや、地軸の傾きの影響により、実際の太陽を基準にした時刻との差が季節によって変化します。この差を扱うときに均時差という言葉が使われます。
細かな式を暗記する前に、「場所による差」と「日付による差」を別々の欄にするのがおすすめです。経度による差を直しただけで、どの日も完全に一致すると思ってしまうと、観測結果を説明できません。反対に、日付による差だけを使って、違う経度の地点を同じに扱うのも誤りです。
例題2：その日の補正が与えられたら
同じ東経140度の地点について、経度だけで計算した南中時刻は11:40でした。ある日の資料に「この日は、経度だけの計算値より南中が6分遅い」と書かれています。この日の南中時刻と、その瞬間の基本的な日時計の読みを答えてください。
答え・解説： 南中時刻は11:40＋6分＝11:46です。南中を12時とする日時計の読みは12時です。日時計が12時を指す瞬間に、腕時計は11:46を指していても、この条件では矛盾しません。
この6分は計算用に置いた仮の補正で、特定の日付の実測値ではありません。また、均時差の表には符号の定義が書かれています。「プラスだから足す」と決めるのではなく、その表が何から何を引いた差か、南中が早いのか遅いのかを確認します。ここでは文章で「6分遅い」と指定したので足しました。
地面に棒を立てて、目盛りを等間隔にすればよい？
太陽は平均的に一時間当たり15度という関係で扱えますが、地面に落ちた棒の影が、いつでも一時間ごとに等しい角度だけ回るとは限りません。立てる棒の向き、目盛りを置く面、観測場所の緯度などで影の写り方が変わるからです。水平な地面に等角度の線を描くだけで、どこでも使える日時計が完成するとはいえません。
日時計の形に合った設計が必要で、置く向きも大切です。方位磁針が示す北を、そのまま厳密な真北として使うのにも注意します。時刻が合わないときは、時計の故障だけを疑うのではなく、設計・置き方・経度・日付のどこを補正したかを確かめましょう。
太陽の動きの基本は太陽の一日の動き、方角の基準は真北と磁北で整理できます。日時計の数字を、太陽の位置と共通の時計の二つへ分けて読むことが、この問題の中心です。