中3理科【天体】季節ごとの太陽の日周運動まとめと問題

日周運動とは地球の自転による太陽や星の見かけ上の動きです。今回は地球の自転による太陽の動きが春分・秋分、夏至、冬至ではどうなるのか、また日の出・日の入りの時刻は日本の位置によってどのように差が出るのかについても解説します。

日周運動とは

地球は地軸を中心に西から東に1日1回自転しています。そのため太陽や星が東から西に動いて見えます。この見かけ上の天体の動きを日周運動といいます。太陽の速さは一定で、1時間に15°ずつ動きます。太陽が南に最も高く上ることを南中といいます。

日本における春分・秋分、夏至、冬至の日の太陽の動きを、下の図の天球に表しました。（天球は観測者あるいは地球を中心にしたときに見える見かけの空を、球面状に表したものを指します。）

どの季節でも太陽は東から出て南に高く上り、西に沈みます。ただし春分・秋分の日は真東から上り真西に沈みますが、夏至では北寄り、冬至では南寄りに太陽が出て沈みます。

太陽の動きが季節によって異なるのは、地球が地軸を傾けたまま太陽の周りを回っている（公転している）ことが原因です。

下の図は透明半球に太陽の位置を「●」で記録したものです。透明半球の中心Oが観測者の位置になります。透明半球に記録するとき、ペン先の影が中心Oに重なるように記録します。

午前10時から午後2時までの太陽の動きを観測したとき、1時間ごとの長さがどれも1.2cmになったとします。

(1) AからBの長さが12cmのとき、昼の時間がどれぐらいになるか考えてみましょう。

太陽の速さは一定ですから、透明半球上のABの距離を、太陽が1時間で進む速さ(1.2cm)で割れば昼の時間が求められます。

12÷1.2=10時間になりますね。

(2) 午後2時の点からBまでの距離が4.2cmだったとき、日の入りの時刻を考えてみましょう。

午後2時からx時間後に日が沈むとすると、

1.2cm:4.2cm=1時間:x

2:7＝1:x

x＝3.5（時間）

午後2時から3.5時間＝3時間30分後に日が沈むので、午後5時30分が日の入りの時刻と考えられます。

また季節ごとの日の出・日の入りの時刻を札幌（東経141.2°）・東京（東経139.4°）・那覇（東経127.4°）で比較すると、次のようになります。