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太陽の日周運動と季節の変化

透明半球の記録と地球の自転から太陽の 1 日の動きを説明でき、地軸の傾きと公転によって季節ごとに日の出・日の入りの方位、南中高度、昼の長さがどう変わるか（春分・夏至・秋分・冬至）を判定できる

前提

中学までに習ったことだけで始められます。

説明

太陽は毎日、東の空からのぼって南の空を通り、西の空にしずむように見えます。この技能では、透明半球を使った太陽の動きの記録を読みとり、その動きが地球の自転によって起こることを説明できるようにします。さらに、地軸の傾きと公転によって、季節（春分・夏至・秋分・冬至）ごとに日の出・日の入りの方位、南中高度、昼の長さがどう変わるかを判断できるようにします。日本（北半球）での観測を前提に考えます。

なぜそうしてよいのか

透明半球を使うと、太陽の 1 日の動きを記録できます。厚紙に透明半球と同じ大きさの円をかき、その中心に印をつけて、方位を合わせて透明半球を置きます。ペンの先の影が円の中心に重なる位置で透明半球に点を打つと、その点は観測者（円の中心）から見た太陽の方向を表します。一定時間ごとに打った点を結ぶと、太陽が東から南の空を通って西へ、なめらかな曲線にそって動くことがわかり、点の間隔は時間が同じなら等しくなります。太陽が真南にきて最も高くなることを南中、そのときの地平線からの角度を南中高度といいます。

太陽がこのように動いて見えるのは、地球が地軸を中心に西から東へ 1 日 1 回転（自転）しているからです。乗っている電車が進むと外の景色が反対向きに動いて見えるのと同じで、地球が西から東へ回るので、太陽は東から西へ動いて見えます。このような見かけの動きを日周運動といい、1 日（24 時間）で 360° 回るので、1 時間あたり 動いて見えます。

地球は太陽のまわりを 1 年で 1 回公転していますが、地軸は公転の面に垂直な方向から約 傾いたまま、いつも同じ向きを保っています。そのため、北半球が太陽のほうに傾く夏至のころは、太陽が高くのぼり、日の出・日の入りの位置は真東・真西より北寄りになり、空を通る道すじが長くなって昼が長くなります。反対に北半球が太陽と反対側に傾く冬至のころは、南中高度が低く、日の出・日の入りは真東・真西より南寄りで、昼が短くなります。春分・秋分には、太陽は真東からのぼって真西にしずみ、昼と夜の長さがほぼ等しくなります。南中高度が高いほど同じ面積が受ける日光の量が多く、昼も長いので、夏は気温が高くなります。なお、北緯 の地点の南中高度は、春分・秋分で 、夏至で 、冬至で になります。

手順

  1. 透明半球の記録では、点は「ペンの先の影が円の中心に重なる位置」に打ったもので、円の中心が観測者の位置であることを確認する

  2. 太陽の 1 日の動きは、地球が西から東へ自転しているために東→南→西へ動いて見える見かけの動き（1 時間に ）として説明する

  3. 季節を決める：北半球が太陽の側に傾いているのが夏至、反対側に傾いているのが冬至、どちらにも傾いていないのが春分・秋分

  4. 日の出・日の入りの方位を判定する：春分・秋分は真東・真西、夏至は北寄り、冬至は南寄り

  5. 南中高度と昼の長さを判定する：夏至が最も高く・最も長く、冬至が最も低く・最も短く、春分・秋分はその中間で昼と夜がほぼ同じ長さ

例題

日本のある地点で、夏至の日に太陽がのぼる方位として最も適当なものを、次のア〜エから 1 つ選べ。
ア　真東
イ　真東より北寄り
ウ　真東より南寄り
エ　真南

例題の解答

手順3：夏至は、北半球が太陽の側に最も傾いている日です。
手順4：このとき太陽は空の高いところを通り、日の出の位置は真東より北寄り、日の入りの位置は真西より北寄りになります。真東からのぼるのは春分・秋分、真東より南寄りからのぼるのは冬至のころです。したがって答えはイです。

答え:

イ

よくある誤り

この説明は AI が書き、別の AI が例題を独立に解いて答えを確かめ、説明を一歩ずつ査読しました。

入口の問題

この技能を使う問題

この技能の次に学べること