※このウェブページは中学校理科3年の学習内容です。<3年p.185>
２｜太陽の動き
１ 生物の観察
太陽の1日の動きを，宇宙からの見え方と地球上からの見え方の２つで理解しようとしたとき，どのように科学的に探究できるだろうか。
探究４ 太陽の動きと観測者の関係
観測者から見た太陽の１日の動きは，宇宙から見たときどのように説明できるのでしょうか。
下のスライドから，太陽の動きをアニメーションで確認することもできます。
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１日の太陽の動きは，「宇宙からの見え方」「地球上からの見え方」でどのように説明できるか。
太陽は真東からのぼって真西に沈むはず。天球で表したとき，動きはこのようになるんじゃないかな？
地球にいる観測者から太陽を見ると，太陽はどのように動いて見えるだろう。
地球の地軸は公転面から傾いていて，観測者が私たちのすんでいる北半球にいると考えよう。このときの太陽の見え方をどうやって表そうか。
太陽との角度が複雑でモデルが立てにくいな。地球儀と光源をもってきて，実際に観測者と太陽との関係を考えたほうがよさそうだね。
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コンピュータの天文ソフトを使って，太陽の道筋を調べてもよいですね。
準備
方位磁針，時計，透明半球，厚紙，油性ペン，セロハンテープ，ものさし，自作の球面分度器
１．透明半球を固定する
厚紙に透明半球と同じ大きさの円をかいて中心を決める。透明半球を厚紙にはりつけ，方位を定めて野外の水平な場所に固定する。
２．透明半球に太陽の位置を記録する
油性ペンの先端の影を円の中心に合わせて印をつけ，時刻を記入する。この操作を1時間ごとに行う。
ペンの先端の影を中心に合わせると，右のように，透明半球につける印は，半球の中心に観測者がいると考えたとき，観測者から見た太陽の位置と一致します。
注意!! この図は考え方の説明である。実際に半球の中心で観測をするわけではない。
３．太陽の位置を曲線で結ぶ
① 観測した点をなめらかな曲線で結ぶ。その線を透明半球と厚紙が交わるところまで延長する。
② ①の曲線で，太陽の高さ（太陽高度）が最も高くなったときの角度を球面分度器ではかり，印をつけておく。
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ポイント
太陽高度が最も高くなったときの方位，またそのときの時刻に注意して記録する。
ポイント
透明半球に記録した太陽の道筋を説明するモデルを考える。
探究２ 太陽の道筋の季節変化
方法１.〜３.のようにして，太陽の道筋の１日の変化を季節を変えて観測する（たとえば，冬至，春分・秋分，夏至など）。
このとき，季節ごとの太陽の道筋を１つの透明半球に記録する。
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探究４ 結果から考察する
- 太陽は東の空から昇り，南の空を通って西の空に沈む。
- 太陽が最も高くなったときの方位…南
- 太陽が最も高くなったときの時刻…12時ごろ
- 透明半球につけた印を結んだ曲線は，日の出から日の入りまでの太陽の動きを表している。
- 曲線の先が厚紙と交わる2つの点は，それぞれ，日の出と日の入りの方位である。
- 透明半球上で1時間ごとの太陽の動く距離は一定である。
地球上に観測者を立たせて，地球を自転させると，観測者から見える太陽の方向は，時間とともに図9のように動いた。このように考えると，太陽の道筋が説明できる。
地球上の観測者から見ると，太陽の見える方向がだんだん変わっていくことがわかります。
このモデルから考えると，観測者が南を向いているとき，太陽の位置は観測者の左手側から右手側（東→南→西）と変わっていきます。
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１ 太陽の１日の動き
太陽の1日の動きを，太陽の【日周運動】という。太陽の日周運動で，太陽高度が最も高くなるのは，太陽が真南の方向にきたときである。このとき太陽が【南中】❶したといい，南中したときの高度を【南中高度】という。太陽の日周運動は，地球が地軸を中心にして，1日に1回，一定の速さで西から東へ自転していることによって起こる（図10）。
下のスライドから，この図の見方をアニメーションで確認することもできます。
（a）観測者からの太陽の見え方
地球が地軸を中心にして，1日に1回，一定の速さで西から東へ自転すると，観測者から見る太陽は東から西へ動くように見える。
（b）天球による太陽の動きの説明
観測者が，図10の㋐〜㋔の位置にいるときの太陽の見え方を天球上にまとめると，観測者から見た太陽の日周運動を表せる。
図11 地球の見かけの動き
❶ 太陽に限らず，天体が真南の方向にきたことを南中という。
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資料 国によって変わる時刻
1日や1時間という時間の単位は，もともと，太陽の日周運動をもとに決めていました。太陽が南中してから翌日再び南中するまでの時間を1日とし，その24分の1を1時間としたのです❶。
地球は西から東へ自転しているので，東の方にある地点ほど太陽の南中する時刻が早くなります。
太陽が南中する時刻をその地点の正午とすると，たとえば東京と沖縄とでは時刻がずれてしまいます。そこで，日本では，東経135°の子午線が通る地点での時刻を，日本の「標準時」としています。
世界のどの国でも，一般に経度が15°の倍数となる地点でその国の標準時を決めていて，国と国との標準時のちがい（時差）は1時間単位となっています（図(a)）。
経度0°は，グリニッジ旧天文台があった場所と決められている。
（b）グリニッジ旧天文台（イギリス）❶ 現在は「原子時計」を基準にして，時間がより正確に決められている。
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２ 太陽の１年の動き
p.187探究5の継続観測を行うと，太陽の道筋は季節によって大きく異なることがわかる（図12）。
日本では，太陽の南中高度は夏至の日に最も高く，冬至の日に最も低くなる（図13）。また，昼の長さは夏至の日に最も長く，冬至の日に最も短い。春分の日と秋分の日には，昼と夜の長さはほとんど同じになる（図14）。
季節による昼夜の時間のちがいは，図15のような方法で，太陽の道筋のちがいは図18のような方法で確かめることができます。
（a）ある年の日の出の位置の変化
（a）のように，夏至の日の日の出の位置は北より，冬至の日は南よりであることがわかる。このような季節の変化を透明半球に記録すると(b)のようになる。
（b）太陽の道筋の季節変化
夏至，冬至，春分，秋分のときの太陽の道筋を透明半球に記録した状態。
図12 季節による太陽の変化（東京）
昼の長さは夏至の日に最も長くなる。
図14 季節による昼と夜の長さの変化（東京）❶ 太陽の白色光は，空気中の分子にぶつかり，白以外の色の成分が発生する。これを光の散乱という。昼間は，青色の成分が多く散乱するため，空は青く見える。太陽の光が地平線近くから地面を照らすときは，空気を通過する距離が長く，この条件では赤い光が散乱して残りやすくなるため，空が赤く見える。
※このウェブページは中学校理科3年の学習内容です。<3年p.191>
① マーカーペンを日本の位置に当て，地球儀を1回転させて，日本を通り赤道に平行な線を引く。
② 地球儀と光源を机の上に置き，地球の公転モデルをつくる。
③ 地球儀をA，B，C，Dに置き，マーカーペンの線を利用し，暗い部分の長さをはかる。
④ A，B，C，Dで光源のおよその高度（南中高度に当たる）を分度器で調べる。
＜結果例＞昼と夜の長さ，南中高度の比較
- Aの南中高度が最小になり，昼の長さが短いので，Aが冬である。
- Cの南中高度が最大になり，昼の長さが長いので，Cが夏である。
- 地球の公転の向きを考えると，Bが春でDが秋である。春と秋の南中高度と昼の長さは，夏と冬の中間くらいになる。
図15 季節による昼夜と南中高度の変化
※このウェブページは中学校理科3年の学習内容です。<3年p.192>
３ 季節による変化
地球は，地軸を公転面に垂直な方向から約23.4°傾けたままで公転している。このため，日本付近では，夏は，冬や春・秋に比べて太陽の南中高度が高くなるだけでなく，昼の長さも長くなる。したがって，地面が1日に受ける太陽からのエネルギーは夏がいちばん多くなる（図16）。その結果，夏に暑く，冬に寒いという季節による変化が生じるのである。
1年の平均で考えると，低緯度地方は太陽の熱を多く受け気温が上がりやすく，高緯度地方は気温が上がりにくい。このため，赤道に近いほど暖かい気候になる。
図16 季節による太陽の光の当たり方のちがい地球から見て，太陽は非常に遠くにあるため，地球にとどく光線はほぼ平行になっています。
太陽が真東，真西を通るのは，春分と秋分だけなんですね。常に真東と真西を通るとかんちがいしてました。
※このウェブページは中学校理科3年の学習内容です。<3年p.193>
春分のときは，太陽が真東から昇って，真西に沈むんですよね。図16の春の地球と太陽の関係で，なぜこのような太陽の道筋になるのかイメージできません。
確かめてみましょう。手前に太陽（LED ライト）を置き，地球儀の日本の位置に小型透明半球を貼ります。探究4 と同じように，ペンで光源の位置を小型透明半球上に記録しています。夏至，秋分，冬至でも同じように，地球と太陽の位置関係を変えて，光源の位置を記録すると，太陽の道筋がえがけます。
図18 日本での太陽の道筋を確かめる（春分の場合）
(a)
北半球が夏至のとき，この図のように，地軸は太陽の側に傾いている。
(b)
北半球が夏至のとき，北極付近の太陽の日周運動は，(b)「夏至」のようになる。このとき太陽が地平線に沈まない。この現象を「白夜」という。白夜は，北緯66.6°以北，南緯66.6°以南で見られ，その地方は，それぞれ，「北極圏」，「南極圏」とよばれる。
北極圏の太陽の日周運動（7月，30分おきの連続写真） 太陽は地平線近くを1日で1周し，沈むことはない。
(c)
北半球が夏のとき，南半球は冬である。南極圏では，(c)「北半球が夏至のとき」のように1日中太陽が昇らない日が続く。
(d)
赤道の日周運動は(d)「夏至」のようになる。また，赤道では1年を通して昼と夜の長さは同じになる。
図19 緯度と太陽の道筋
図18の実験を，いろいろな緯度で試してみると，図19の太陽の道筋がわかります。
ニュース
※科学ニュースの更新は2025年4月を目処にはじまります。
- 【「1年」がわずか16時間，観測史上2番目に熱い太陽系外惑星が見つかる】 2023年3月1日地球から見てヘラクレス座の方向に約855光年，「TOI-2109」と呼ばれる恒星が，観測史上2番目に熱い太陽系外惑星をもつことが発見されました。この惑星は恒星TOI-2109のまわりを16時間で1周しており，これは地球における「1年」がこの惑星においてはわずか16時間しかないことを意味します。 この惑星は主星である恒星TOI-2109に非常に近い場所を回っていることから，昼側の表面温度は摂氏およそ3330度（約3600ケルビン）と推定され，そう遠くない将来にスパイラル（らせん）を描いて主星へと落下することになると予想されています。 もと記事リンク 論文