太陽の南中について

Question

小学校で習う、太陽の動きの所で、
太陽は正午に真南で高度が一番高くなる、とあります。
青森県で観察したところ、正午に高度は一番高くなりましたが
真南ではなく、南西よりでした。
なぜなのでしょうか？

puni2 · Accepted Answer

できれば，
○測定方法。どんな装置なり道具なりを使って，どうやって測定したのか。
○測定の時間間隔。1分ごとに測定して「12時00分」となったのか，1時間ごとに測定したのか。
○南西よりとは，真南より何度ぐらい西よりだったか。
などもわかると，より具体的なコメントができると思います。
一昔前なら，時計の精度なども問題になったでしょうが，今のクォーツ時計なら，事前にきちんとあわせてあれば（この程度の観察に用いる際は）まず差し支えないでしょう。

で，いずれにせよ，授業で扱うとしたら「測定に伴う誤差」の話を，小学生用にかみ砕いてとりあげるのがいいと思います。
○青森では正午より早く南中（真南に来ることです。念のため）しているはずが，正午になったのはなぜか
○どこであっても高度が最も高いのは南中した時のはずが，南西よりになったのはなぜか
を分けて考える必要があるでしょう。

後者はたぶん，測定誤差とか，方角の決め方とか，装置自体の問題とか（観測時に台をきちんと固定していたか等）といったあたりで落ち着くでしょう。
また，朝夕に比べて正午前後は，（一般的にいうと天体が南中する頃は，）高度の変化がゆるやかなので，どこで一番高くなったかを正確に見極めるのは難しい，ということも考えさせていいかもしれません。（ちょっと小学生には難しいかな）
一方，前者はちょっとやっかいです。
これは，「明石と青森との経度差」に加えて，No.2の回答にあった「均時差」の両者がからんでくるからです。
ただ，小学校ですから，均時差まで取り上げるとなるとかなりやっかい（高校の地学の範囲。大学センター試験に出たこともある）になりますし，単元の内容からちょっと深入りしすぎと思われるので，青森と明石間の“時差”だけでもいいと思います。
わが家は東京ですが，九州にしばらく滞在してから東京に帰ってくると，夕方日が沈むのが早いなあと感じます。（40分ぐらい違う）
そのへんの話にとどめておくほうが無難でしょう。

ただ，聞かれた時のために均時差について知っておくことは無駄ではないでしょうから，少し説明しておきます。
一般に，東経135度（明石市を通る）の線上では正午に太陽が南中すると言われています。しかし，これは1年を平均した時の話です。
実際には，正午より早い時もあれば遅い時もあります。
明石市での太陽の南中時刻が，1年間でどう変化するか，簡単に書いてみると，

1月1日は12時03分→だんだん遅くなる→2月11日ごろ最も遅くて12:14
→だんだん早くなる→4月15日頃12:00→もう少し早くなる→5月14日頃最も早くなって11:57
→今度はまた遅くなる→6月13日頃12:00→もっと遅くなる→7月26日頃最も遅くて12:07
→今度はまた早くなる→9月1日頃12:00→もっと早くなる→11月3日頃最も早くて11:44
→また遅くなる→12月25日頃12:00→最初に戻る

こんな感じです（あまり簡単ではないですね）。
この「明石市の南中時刻の，正午からのずれ」を均時差といい，早い時はプラス，遅い時はマイナスとします。
詳しい値は，『理科年表』（という本が丸善から毎年発行されている）に載っています。

均時差の値は全国（全世界）で共通ですので，上の表（？）は全国で使えます。
たとえば，東経140度の線上の都市（千葉とか秋田あたり）なら，それぞれの時刻を20分（注）早めるだけです。日付は変わりません。
上の表では，最も遅いのが2月初めの12:14ですので，20分引くと11:54となります。つまり，1年中どの時期であっても，正午には太陽は真南を行きすぎて少し南西のほうにある，ということです。
青森県はほとんどのところで東経140度よりさらに東ですので，時刻はさらに早まります。

（注）「20分」の出し方……明石（東経135°）との経度差15°＝時間差1時間，経度差1°＝時間差4分，の割合で換算できます。

均時差の生じる理由はさらに複雑になりますので，詳しくは省きますが，要点だけ書くと
(1)地軸が23.4度傾いている
(2)地球が太陽の周りを回る軌道が，円ではなくて少し楕円になっている
ためです。

長々とすみませんでした。残りの実習期間も頑張って下さいね。

amu · Answer

測定には誤差がつき物です。
完全に水平なところで、台を動かすことなく観測しましたか？
また、南西よりというのは具体的に何度くらいだったのでしょう？
例えば、数度くらいなら十分誤差として考えられます。
子供に教えるなら、簡単な誤差論を教えてあげるのも良いのではないでしょうか？
実際の自然の観測において、教科書どおりにぴったり答えが出てくることはありえません。そういうことを教えるのも生の教育のような気がするのですが。
僭越ながら。

jun1038 · Answer

ふたたびすみません。

　地球儀に太陽の代わりの白熱電球の光を当てて、地球儀を回転（自転）させ、朝や正午や夕方や真夜中を理解させた後、経度による光の当たり方の差（すなわち時差）を説明したらどうですか。
　かなり離れた場所での時差が理解できたら、地球は丸いのだから、少しでも離れた場所では（少しかも知れないけれど）、時差が生じることはわかってもらえるのでは。

　で、どうだったんですか。やはり「一番」高くなったのは、真南ではなく西よりの方角だったんですか。

　ではまた。

asuca · Answer

＞こどもたちにどう授業しようか 
＞悩んでいるところです。

日本の標準時のことを含めて勉強にするというのではだめなのでしょうか？

テレビで各地の同時刻での空の明るさなどが（朝夕の）違うのが見れるのでそれを使えば以外と容易に説明できそうなのですが。

jun1038 · Answer

こんにちは。

　＞青森県で観察したところ、正午に高度は一番高くなりましたが 

　おそらく、正午には高度は一番高くはならないと思います。asucaさんが書いているように、日本は全国で１つの標準時を使っています。
　日本標準時の基準は東経１３５度（例の明石の天文台のところです）ですので、それより東にある青森では、普通正午少し前に太陽は南中し、正午の時にはすでに少し西に傾いています。

　ただ、実際の太陽の動きと標準時とは季節によって少しずれます。このずれを「均時差」と言っているのですが、調べたところ、８月末から９月初めにかけてはこの均時差はほとんど０でしたので、標準時の正午に明石で実際の太陽が南中する、すなわち青森では正午にはすでに太陽は少し西に傾いている、と考えて、ほぼ良いでしょう。

　その土地において、太陽だけでなく、一般の天体も、南中（真南に来たとき）の高度が一番高いです。だから南西よりで一番高くなることは普通は考えられません。

＞真南ではなく、南西よりでした

　でも、実際の観測結果がそうだとすれば、とりあえずどんなことが考えられるか、ですが、

１．観測の誤差
　高度の測定は結構難しいですが、時刻は時報で簡単に確認できます。本当は正午には少し高度が下がっていたのに測定できなかった。時刻と方向は比較的しっかり測定できたので、一番高いときが正午で、やや南西よりであるとなった。

２．上に足すことの「偏角」
　方向を方位磁石で出した場合、その磁針の北は、日本付近の場合、少し西にずれています。すなわち磁石の南は真南ではなく、少し（５度くらい　場所によってわずかに変化します）東を向きます。磁石の南北を真の南北としてしまった場合、だから、正午の太陽が、いっそう南西よりに観測された。

　以上のことに気を付けて、もう一度観測してみて下さい。それでも同じ結果なら、これはひょっとすると一大発見かも！

　では。

asuca · Answer

日本は以外と広い（東西にも）ですが標準時が定められて共通の時間を使っています。ですからその土地での南中が必ずしも正午に起こるとは限らないんです。

日本の標準時については参考URLを参照してください。

ニュースの映像で同じ時間なのに日本の違う場所で早く日暮れが起こっているとかありますよね。

参考URL：http://www.zdnet.co.jp/netlife/links/07/13.html

太陽の南中について

できれば，

測定には誤差がつき物です。

ふたたびすみません。

＞こどもたちにどう授業しようか

こんにちは。

日本は以外と広い（東西にも）ですが標準時が定められて共通の時間を使っています。

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