至点とは何か？一年で最も日が短い日についてのその他の質問への回答

この記事はもともと 2015 年に執筆されました。最新の情報に更新されています。

1. 2020年の冬至は正確にはいつですか?

ほぼ今です。冬至は、太陽が南回帰線の真上にあるとき、つまり 12 月 21 日の東部時間午前 5 時 2 分に起こります。その特別な瞬間がいつになるかによって、北半球のさまざまな時間帯で冬至が 2 日間に分割されることがあります。しかし、今年は、私たち全員が同じ状況です。

2. そもそも夏至とは何でしょうか?

それは、地球の北極が太陽から最もまっすぐに離れる瞬間です。地球の軸、つまり地球が回転する線は、常に北極星のすぐ近くの宇宙の固定点を指しています。地球が 1 年ごとに公転するとき、軸は太陽に近づくときもあれば、遠ざかるときもあり、残りの時間はその間のどこかにあります。夏至は軸が太陽に近づくときで、冬至は軸が遠ざかるときです。

3. それで、地球上でそれは何を意味するのでしょうか?

地軸が太陽から遠ざかっている場合、地球表面上の一点は明るい時間よりも暗い時間の方が長くなります。そして、地軸が太陽に近づく場合（現在の南半球のように）、地球上の一点は暗い時間よりも明るい時間の方が長くなります。この効果は至点に最も強く現れます。

つまり、今日は北半球では一年で最も日が短い日であり、今夜は最も夜が長い日となるでしょう。

4. 日が短いことが冬が寒い理由でしょうか? 日照時間が少ないからでしょうか?

部分的にはそうです。しかし、より大きな理由は太陽の光の角度に関係しています。冬は、太陽は一日中空のかなり低い位置にあるため、太陽光線はそれほど強くありません。夏よりも地面に当たる角度が小さくなります。つまり、同じ量の太陽光がより広い範囲に広がるということです。太陽光が弱まるということは、熱も少なくなるということです。そのため、気温は下がります。

5. それで、もし今日が一年で最も長い夜なら、太陽は今夜よりも明日の夜の方が遅く沈むことになりますよね？

技術的には、その通りです。データを詳しく見なければ、一年で最も長い夜は太陽が最も早く沈み、最も遅く昇る時です。しかし、実際にはそれよりも少し（いや、かなり）微妙なところがあります。地球は太陽の周りを完全な円で回っているわけではないので、日没が最も早い日も日の出が最も遅い日も実際には夏至にはあたりません。その理由はすぐに説明します。

まず、実際的な観点から言うと、数週間前に最も早く日が沈み（正確な日付は場所によって異なります）、しばらく前から日暮れが遅くなっています。わーい！しかし日の出の時間は逆で、太陽が最も遅く日の出を迎えるのは数週間後です。日の出の時間が再び早くなり始めるのは 1 月初旬になります。

自分の居住地の日の出と日の入りの時刻の完全なリストを見たい場合、天文学者がそのようなデータを調べるために使用するツールは、米国海軍天文台の計算機です。州と都市 (米国以外の場所の場合は緯度と経度) を入力すると、年間の日の出と日の入りの時刻が表示され、最も早い日の入りは 12 月の前半だったことがわかります。

この効果が現実のものであることがわかったら、その理由を詳しく見ていきましょう。基本的に、地球の軌道は円ではなく楕円形だからです。その仕組みを正確に描写するには、天体力学の微妙な効果、つまり、年間を通じて毎日同じ時間に太陽の写真を撮ると空に現れる 8 の字型、アナレンマが必要です。以下は、1 年間毎日同じ時間に空がどうなっているかを示す小さなアニメーションです。

もし地球の軌道が完全な円であれば、太陽は空の一本の線に沿って単純に前後に動くでしょう。しかし、楕円軌道では、地球が太陽に最も近づく1月には太陽の速度が少し上がり、最も遠い7月には太陽の速度が少し下がります。そして、この速度の違いにより、太陽は8の字を描くのです。

アナレンマは日の出と日の入りの時刻に影響します。夏至には、太陽は地球の軌道が円軌道の場合よりも少し西に位置するため、少し早く沈みます。夏至の数週間後、太陽はアナレンマの 8 の字の反対側に回り、地球の軌道が円軌道の場合よりも少し遅く沈みます。つまり、夏至には、日の出と日の入りはどちらも、地球の軌道が円軌道の場合よりも数分早くなり、1 月初旬には数分遅くなります。夏至とアナレンマの 2 つの効果を組み合わせると、夏至の数週間前に日没時刻が最も早くなり、夏至の数週間後に日の出時刻が最も遅くなります。

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