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一日の長さを、太陽が天空を1回転して元に戻るまでと定義(これを「視太陽日」といいます)すると、1日の長さは一定ではなく、数10秒季節によって変動します。 冬場は1日が長く、春と秋は短くなります。
冬場、年末年始のころは、一日の長さ(視太陽日)は24時間より20〜30秒ほど長いため、冬至を過ぎてからもしばらく何日かは日の出時刻は遅くなり続け、元旦では冬至の日より約4分日の出が遅くなるというわけです。
ではなぜ、視太陽日(太陽の位置で定義する一日の長さ)は変動するのでしょうか?
変動の要因は、以下の@,Aふたつあります。
@ 地球が太陽の周りをまわる公転軌道は完全な円ではなく楕円軌道であるため。
A 公転軸に対して、地球の自転の地軸が23.4°傾いているため。
1日の長さは、地球の自転スピードだけではなく、地球が太陽の周りを公転しているスピードにも影響されます。 自転と公転の回転方向は同じ方向ですので、地球が自転して1回転しても太陽は同じ位置には見えず、さらに余計に約365分の1回転しなくては、地表から見た太陽は同じ位置には戻りません。 上記@Aはこの余計に自転しなければならない量の変動要因になります。
@ 地球の公転軌道が楕円であることの影響
地球の公転軌道は、北半球の冬に太陽に近く、夏に太陽から遠くなるという楕円軌道となっています。 そのため、公転スピードが冬場は速く、夏場に遅くなります。これは、1日の長さ(視太陽日)に対して、冬場は長くなり、夏場に短くなる方向に作用します。
A 地軸の傾きの影響
地軸が公転面に対して傾いていると、その分、公転の影響、すなわち1日の長さを長くする作用が小さくなるので、視太陽日は短くなります。 極端な例として、仮に地軸が公転面に平行かつ軌道に接する方向であれば、1日の長さは地球の自転の速度だけで決まります。
太陽から見ると地軸は、冬至と夏至では公転面に垂直となり、春分、秋分に地軸の傾きは最大となりますから、地軸の傾きは、冬と夏で1日(視太陽日)を長くし、春、秋に短くするように作用します。
以上@、Aの相乗作用により、1日(視太陽日)は冬が最も長く、夏が少し長く、春と秋に短いという季節変動が生じています。
詳細は以下のサイトをご覧ください。
http://eco.mtk.nao.ac.jp/koyomi/wiki/C6FCA4CEBDD0C6FEA4EAA4C 8C6EEC3E62FC6EEC3E6BBFEB9EFA4CFCAD1B2BDA4B9A4EB.html
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