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天文Q&A.009 夏至に日の出の時刻が一番早く、日の入りの時刻が一番・・・

Q.009

夏至に日の出の時刻が一番早く、日の入りの時刻が一番遅くならないのはなぜ?
冬至に日の出の時刻が一番遅く、日の入りの時刻が一番早くならないのはなぜ?
春分・秋分の日における昼間の長さが12時間ちょうどでないのはなぜ?

 

A.009

地球は太陽の周りを円軌道ではなく楕円軌道で回っています。
さらに、地軸が公転面に対して23.4度傾いたまま公転しているために太陽の見かけの動きは一定ではありません。
太陽が南中してから次に南中するまでを「1太陽日」と言いますが、上のような理由から1太陽日は1年を通して変化します。それを補正するため、1年間にわたって平均して長さを一定になるように決めたものが「平均太陽日」と言い、それに基づく時刻系を「平均太陽時」としています。平均太陽時は1年を通じて変化しません。これが私たちが普段使っている時計と同じと思ってください。
これに対し、見かけの太陽で決めた時刻系を視太陽時といいます。視太陽時は1年を通じて変化しています。
この平均太陽時と視太陽時とのずれのことを「均時差」といいます。均時差は年間を通じて変化しており、最大16分にもなります。
日本標準時のある明石においても正午に見える太陽の位置は真南より東西方向にずれます。
日の出と日の入りの時刻は均時差の影響を受けるため、夏至や冬至の頃においてもずれが生じています。
一年のうちに日の出が一番早い日と日の入りが一番遅い日は異なり、日の出が一番遅い日と日の入りが一番早い日は異なるのはこの理由からです。

 

次に春分・秋分の日においては均時差に加え、主に次のような理由から昼と夜の長さが異なります。
①大気による屈折で太陽の位置が実際より上に見えるため、太陽が上に見える角度の分、日の出が早く、日の入りが遅くなります。
②太陽の上端が地平線に接するときに日の出、太陽がすべて地平線下に沈むときを日の入りとしているので、太陽半径の分昼が長くなります。
これらを合わせると日本標準時の明石では1日の半分12時間よりも6分強、昼の長さが長くなります。