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太陽の1日の動きについて教えてください

学校の理科の授業でよく見る図について教えてください。
観測する地域の緯度により南中高度が異なってくる事と、
地球の公転の影響で日の出・日の入りの位置が南北に変化する事は
理解しているつもりです。

しかし、緯度により南中高度が変わると教えている以上、
地球の自転軸により発生する∠(公転面)(地球の中心)(観測点)の変化は
多少なりとも図に示す表す必要が有るのではと思うのですが、いかがでしょうか?

特に(赤道直下での太陽の動きを観測した)や、
(棒の影の先端が1日で動いた軌跡を観測した)などといったテキストなどでは、
体感的に差は強く現れる気がします。
つまり具体的には(北半球 北緯23.4度以北の場合)
 日の出は本来よりも北寄り 
 日の入り地点が本来よりも南寄り
 なおかつ軌跡としては正円ではなくシグモイドカーブ状
とした方が良いのではないかとおもうのですが、今までそういった指摘を見た事がなく、
実は私の考えが根本的に誤っているのかと思い、投稿させて頂きました。
よろしくおねがいします。

「ある観測点からの太陽の1日の動きについて」の質問画像

質問者からの補足コメント

  • わかりにくい説明で済みません。
    図を示させて頂くと、赤道直下・秋分の際は左の図のような軌道になるような気がする、
    と申し上げています。(以前の春分の例は誤りでした。すみません)

    エラストテネスのシエネの井戸
    http://james.3zoku.com/kojintekina.com/physics/p …

    古代ギリシャ時代、同一子午線上の2点間で観測された視差から地球の半径を求めた逸話です。
    今回の場合、地球の半径を求めたいという訳ではあく、特別な機器を使わなくても、
    太陽の入射角のたった7度の違いに気づき、そこから地球が球体である事と仮定し、そこから地球のかなり正確な大きさを算出した先人がいる訳です。

    つまり、右図で地点A・Eでは太陽は真東・真西としか認識されませんが、右図地点B・Cでは南北方向の視差は必ず確認される様な気がするのです。

    「ある観測点からの太陽の1日の動きについて」の補足画像1
      補足日時:2017/06/04 11:58
  • 自分でいろいろを図を書いていて、ようやく気づきました。

    東西南北はあくまで自転軸で規定されるものである事を。

    太陽と地球を結んだ直線上の太陽側の交点を中心に、図に示した同心円状の地点で同じような影ができますが、影の方向はあくまで(赤道上は東西)(子午線方向は南北)でした。
    これによって(自転軸が公転面に垂直での場合の赤道上の太陽の動き)と(自転軸が23.4度ずれている時の赤道上の太陽の動き)と(自転軸が完全に横転にずれているときの太陽の動き)はすべて同じ、である事にも思い至りました。
    また、自転軸が(地球と太陽を結ぶ直線)と直交しなければ、当然太陽軌道は南北に平行移動します。

    理解できてみると、非常に単純で、あまりにも基本的な事でありました。

    私の取るに足らない疑問におつきあい頂いて、みなさま本当にありがとうございました。

    「ある観測点からの太陽の1日の動きについて」の補足画像2
      補足日時:2017/06/05 23:00

A 回答 (8件)

全体として、何が言いたいかよくわかりませんが、少々気になる点を



日の出は、水平線から太陽が少しでも出た時刻
日の入は、水平線から太陽が完全に沈んだ時刻
春分の日でも、朝と夜の時間は12時間ずつとはなりません。

日本における正午とは東経135度での南中時刻です。(厳密には、少し違いますが)
他の地域では、南中時刻は正午ではありません。
北海道は、明石に比べて、日の出も南中も日の入も早くなり、その分、「朝」の時間が増えるし、
沖縄では逆に「朝」が減ります。

太陽は地球に比べて非常に大きく、距離も十分に離れています。
そのため、太陽と地球上の観測点を結ぶ直線は、全て平行だと見做せます。
また、地面は曲面であり、同緯度に引いた線も曲線であり、南北の線に垂直な直線とは一致しません。
ですが、地球が十分に大きいので、観測地点周辺では、地面は平面、東西の線は南北に垂直と見做します。
これを、地球の方が大きく、距離も十分に近いため、観測地点毎に角度が違う、地面は曲面、というモデルで考えているのではないでしょうか?
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この回答へのお礼

ご回答ありがとうございます。
太陽が平行光線である事も理解しており、そのうえで疑問がどうしても解消できず、御相談しました。

やはり説明がまずかったかもしれません。
捕捉をご提示されていただきます。
よろしく御願いします。

お礼日時:2017/06/04 12:02

>右図地点B・Cでは南北方向の視差は必ず確認される様な気がするのです。



核心はここなのかな?

各地の春分・秋分時の日の入り・日の出の方角は様々な形で公表
されているのでチェックしてみましょう。

あなたの「気がする」は間違いです。
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この回答へのお礼

いろいろとお答えくださりありがとうございました。

お礼日時:2017/06/05 23:01

回答者の方々とのやりとりがうまくいっていないのは,図14に差し替えるべき質問者さんの考えの図を提示されていないからだと思います。

補足の最後の図も,読み取りづらいですが

>日の出は本来よりも北寄り 

が判るように描かれていません。

春分の日と秋分の日の日時計の影の先の動きは,質問者さんの考えではどうなりますか?図14に従えばほぼ直線になるはずだし,実際そうなります。天文ソフトで春分の日と秋分の日の太陽の動きを表示させてみても,ほぼ正円の動きをして

>日の出は本来よりも北寄り 
>日の入り地点が本来よりも南寄り
>なおかつ軌跡としては正円ではなくシグモイドカーブ状

といった動きは見られません。

春分の日と秋分の日には,太陽は天球上で1日じゅう天の赤道にごく近い位置にいますよね。上のような,円から外れた動きを太陽がするとしたら,太陽が天の赤道から1日の間に大きく外れて波打つように動くか,あるいは天の赤道がある観測点から見るとゆがんでいるかのどちらかです。実際はどちらでもなく,厳密にいえば正円でないにしろ円にごく近い動きをします。そして図14のような簡略図で正円との違いを強調する必要性はないと思います。

よって結論としては

>実は私の考えが根本的に誤っているのか

そう考えるのが妥当でしょう。
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この回答へのお礼

ご回答ありがとうございます。
そうですね、正直に申し上げて、よくもこのような分かりづらい長文を真摯にご覧いただき、わかりやすいご説明をいただいてるものと大変感謝いたします。
また、【>日の出は本来よりも北寄り】については、おかげさまで、明らかな間違いである事である事を
認識する事ができました。
この一文で皆様をより困惑させるような事になったと思います。
すみませんでした。
みなさまありがとうございました。

また、この一連の思索により自分の考えを図示したものが1・2番目の図です。
仰る通り最初から提示すべきでしたね。

2番目の図では、【エラストテネスのシエネの井戸】が各所に点在するものとして書かせて頂いたものです。
たいへんビジーな図である事は認めます。

お礼日時:2017/06/05 23:02

>いかがでしょうか



といわれても、最初の認識の間違いがなんで、何がー見矛盾なのか書かれておらず、
質問との関連もさっぱりわからないので何を言っているのかさっぱり
分からないです。

まず日本語をなんとかしましょう。
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この回答へのお礼

あとから自分の文章を見直してみましたが、説明が難解で回りくどかった可能性を感じました。
ご指摘いただいたような日本語的な不自由は私には感じませんでした。

返答にご不快を感じたのならば謝りますが、他人への日本語の不自由の指摘は
御自身の日本語の理解の不自由とも認識される事をご理解頂けるとよいと思います。

お礼日時:2017/06/04 12:08

えぇ~....



むしろ「真東→少し北東→天頂→少し南西→真西」なんて奇妙奇天烈な軌道をどうして思い付けるのか教えてほしい....
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この回答へのお礼

お答えありがとうございます。

質問を質問で返して頂くとは思いもよりませんでしたが、

海上保安庁
https://www1.kaiho.mlit.go.jp/KOHO/faq/astro/sun …

実は日の出→正午 正午→日の入りの時間は同一日でも均しくはなく、
太陽の軌道としても年間を通してまったく平行な軌道でもありません。
軌道が変形すれば時間差が生まれる事も考えやすいと思ったまでです。

理論的でない揶揄するようなご回答のようにもおもわれますが。

お礼日時:2017/06/04 00:33

精密に描けって話ですかね。


日の入り、日の出の方角は1日に最大0.5度しか変わらないけど、
そんなの表現して意味あるんでしょうか? なんの為に?

シグモイドって、太陽の動きを図ではなく、縦軸高度、横軸時刻で表せって
話かな? 何の為に?

なんが、いろんな言葉知っているから誉めて欲しい
と言っているだけのような気がします(^^;
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この回答へのお礼

お返事ありがとうございます。
方角の補正についてご指摘をまたしてもいただく事になり、自分の認識が間違っているのかもしれないと
考えてはじめています。

太陽と地球を結ぶ線と、地球の自転軸が直交するとき(つまり春分・秋分のとき)、
地球の日照側の縁(弧)の線上から太陽を確認したとき、
日の出側の弧にあたる地域では、どの地域でも太陽は真東に見える、
あるいは日の入り側の弧にあたる地域では、どの地域でも太陽は真西に見える、
と言う事と、下記の相違が一見矛盾するように思えたことから、
この様な質問をさせて頂きました。

国立天文台
http://www.nao.ac.jp/faq/a0109.html

教科書的に南中角度の算出には公転による自転軸変化を考慮する必要があり、
公転面となす角が太陽の高度・角度と同義になります。

極端な話になりますが、赤道直下では南中角こそ90度ですが、
(北半球の春分)の時期では、太陽に最も接近する正午を境に、
日の出では公転面からの角度(北23.4度)からはじまり、日の入りでは(南23.4度)にまで移動します。
しかし、その場合の太陽の軌道が(感覚的にではありますが)真東→天頂→真西ではないような気がしたので
(具体的には真東→少し北東→天頂→少し南西→真西と言った複雑な軌道になるのではないかと思い)、
どなたか明解なお答えを頂けないかと思い質問させていただいた次第です。

いかがでしょうか?

知識をひけらかすつもりは毛頭ありませんし、もとよりその様に思った事もありません。

お礼日時:2017/06/03 22:23

ご質問の本質的なところがよく分かりませんが、#1 さんへの「お礼」に書かれた



>①春分
>  日の出は北緯57度相応の方角に補正
>  日の入り北緯12度相応の方角に補正

>②秋分
> 日の出は北緯12度相応→正午35度→日の入り北緯57度相応の方角に補正

の意味が分かりません。「北緯〇〇度相応の方角」とは何でしょうか。


まあ、ご質問の内容にかかわらず、
(1)多少の誤差があっても、基本的な概念を理解させる。
(2)概念だけでは不正確なので、誤差の原因やその補正まで理解させる。
のどちらに重点を置くか、ということかと思います。

小中学生や一般人には、(2)よりも(1)の方がはるかに大事であることが多いと思います。
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この回答へのお礼

お返事ありがとうございます。
方角の補正についてご指摘をまたしてもいただく事になり、自分の認識が間違っているのかもしれないと
考えてはじめています。

太陽と地球を結ぶ線と、地球の自転軸が直交するとき(つまり春分・秋分のとき)、
地球の日照側の縁(弧)の線上から太陽を確認したとき、
日の出側の弧にあたる地域では、どの地域でも太陽は真東に見える、
あるいは日の入り側の弧にあたる地域では、どの地域でも太陽は真西に見える、
と言う事と、下記の相違が一見矛盾するように思えたことから、
この様な質問をさせて頂きました。

国立天文台
http://www.nao.ac.jp/faq/a0109.html

教科書的に南中角度の算出には公転による自転軸変化を考慮する必要があり、
公転面となす角が太陽の高度・角度と同義になります。

極端な話になりますが、赤道直下では南中角こそ90度ですが、
(北半球の春分)の時期では、太陽に最も接近する正午を境に、
日の出では公転面からの角度(北23.4度)からはじまり、日の入りでは(南23.4度)にまで移動します。
しかし、その場合の太陽の軌道が(感覚的にではありますが)真東→天頂→真西ではないような気がしたので
(具体的には真東→少し北東→天頂→少し南西→真西と言った複雑な軌道になるのではないかと思い)、
どなたか明解なお答えを頂けないかと思い質問させていただいた次第です。

いかがでしょうか?

知識をひけらかすつもりは毛頭ありませんし、もとよりその様に思った事もありません。

お礼日時:2017/06/03 22:23

厳密にいえば「完全な円になる」ことはありえないんだけど, それをわかるように図にしようとしたらたぶん強調しなきゃならないだろうな~.



ちなみに
 日の出は本来よりも北寄り 
 日の入り地点が本来よりも南寄り
ってのは「図が本来よりも北/南寄り」ということ? もしそうだとして, 「本来」とはどこ? あと
 なおかつ軌跡としては正円ではなくシグモイドカーブ状
の「シグモイドカーブ状」とはどのような形態なんだろうか. ふつう「シグモイドカーブ」って
https://ja.wikipedia.org/wiki/%E3%82%B7%E3%82%B0 …
のような形だけど, これだと 1年たっても戻ってこれないよね....
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この回答へのお礼

早々のお返事ありがとうございます。
かなり端折った質問にも拘わらず真摯にお答えくださり感謝します。

本来3通りで考慮する必要を感じておりました。
具体的に東京(緯度35)自転軸23度として

①春分
 今回の例ではコレのみ想定して投稿しました
 なお、【本来の】にあたるのは真東・真西です
  日の出は北緯57度相応の方角に補正
  日の入り北緯12度相応の方角に補正
 不適な表現(シグモイド)曲線により、
 日の出0から→max南中を通過し→日の入り0を通過する、
 正午を折り返しとするシグモイドカーブの鏡面像を
 イメージしたかったのですが、あまりにも適当すぎでしたね。
 単純に本来の【昼と夜の均しき日】の軌跡に対して、開始点・終了点の
 変更調整をし、正午は本来の春分の軌跡に近似したときのイメージです。

②秋分
 状況はほぼ春分と同様ですが、
 日の出は北緯12度相応→正午35度→日の入り北緯57度相応の方角に補正
 不適な表現(シグモイド)的な、本来の秋分の軌跡に正午では近似。
③夏至
 よく知られている図通り
④冬至
 夏至に同じ

こんなイメージではどうでしょうかね

お礼日時:2017/06/03 04:05

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