日の出と日の入りの時刻の変化の度合いの差の理由

質問

１年の日の出の時刻と日の入りの時刻を見ていてふたつのことに
気がつきました。

１．日々の変化のスピードに大きな差がある。
　　・１分変化するのに２週間以上かかる時期もあれば、１日で
　　　１分以上、時によっては２分近くも変化する時期もある。

２．日の出と時刻と日の入りの時刻の変化のスピードに大きな差
　　がある時期がある。
　　・夏至の直前は日の出の時刻の変化が極端に遅くなり、夏至
　　　の直後は逆に日の入りの時刻の変化が極端に遅くなる。
　　・冬至の直前は日の入りの時刻の変化が極端に遅くなり、冬
　　　至の直後は逆に日の出の時刻の変化が極端に遅くなる。

１と２はオーバーラップしている面もあろうかと思います。１の
１分変化するのに２週間以上かかる時期というのは、２でいうと
ころの変化が極端に遅くなる時期です。

地球と太陽の位置関係と地軸の傾きに関連してのことなのだろう
という気はしますが、自分の頭の中でシミュレーションしてみて
もどうも納得できる答が引き出せません。

どなたかわかり易くご説明していただければと存じます。よろし
くお願いします。

回答No.7

bluemanta

私も同様の疑問を持ち始め、web検索で回答を探しているところ
こちらの質問にめぐり合いました。

11年も経過してしまった質問ではありますが、
初めて読んだ時には、「自分と同じ疑問をもつ人が居た」というだけで嬉しくなりました。

そして何度も自問自答しながらweb検索などで情報収集しながら
自分自身で納得の行く回答ができるようになるまで、ずいぶんと時間がかかりました。

キーワードは「太陽光線に垂直な地球軸」と「断面円周」です。

わかり易く説明すると
地球は上から（北極側から）見て左回転しながら、更に太陽の周りを左回転しているので
一日を迎える為に１回転＋α回ります。

このαを距離にすると赤道付近では約110kmです。（地球の円周/365日）

さて次に「太陽光線に垂直な地球軸」で考えると
春分の時（北緯35度、東京）
日の出時は　α＝約57km
日の入り時はα＝約108km
秋分の時（北緯35度、東京）
日の出時は　α＝約108km
日の入り時はα＝約57km
参考：北緯35度付近の日の出入ラインの速度は、時速約1370km

結論：地球が一日分、太陽の周りを移動したことによる日出日没時刻に与える変化量が日の出と日の入りで差がある為
（春分秋分時が差は最大）
もしかして日出と日没って春分秋分時は見かけ上、若干スピードが違うのかも．．．

回答No.6

jun1038

一部訂正。

＞春分近くでは、黄道は東の地平線とのなす角度が小さいですよね。
＞こりゃ、太陽が年周運動しても、日の出の時刻があまり変わらないことには
＞ならないでしょうか。

たぶん大丈夫（傾向は変わらない）だとは思いますが、
春分点が地平線に顔を出す時間とのタイムラグで考えてました。
そりゃ、恒星時じゃんか！

平均太陽時で考えなければならないので、
春分点の出る時刻は、毎日早まりますよね。

だから春分点近くの太陽だって、
毎日の日の出の時刻は早まる・・・？？？？

もう少しじっくり考えます。
すみません。

回答No.5

ranx

一部訂正。

> 夏至・冬至の頃の黄道はいずれも地平線上に垂直に立ちます

とはならないですね。赤経に垂直になるわけですから。
となると、やはりjun1038さん効果がそれなりに働きますけれど、
大筋としては前の回答でいいと思うのですが．．．。

お礼

ウーン…。
むむむむ…。

回答No.4

ranx

う～ん、jun1038さんのつっこみ、なかなか鋭いです。赤経方向だけでなく、
赤緯方向への太陽の移動も考慮しなくてはいけないわけですね。

ですが、夏至・冬至の頃の黄道はいずれも地平線上に垂直に立ちますので、
赤緯方向のことはあまり考えなくていいはずです。質問もこの時期のことなので
赤経方向の移動で説明します。(- -;)

前の回答の例に合わせ、冬至直後のことを考えてみます。すでに日照時間最短の
ピークは過ぎていますから、このことだけで考えるなら、日の出の時刻は少しずつ
早くなっていくはずです。ところが、前の回答に書いた通り、太陽は日々遅い方向
へと移動していっていますから、両者が打ち消しあって、日の出の時刻はあまり
変化しないことになります。

これに対し、日の入りの時刻の方は、日照時間が長くなるにつれて遅くなり、
さらに太陽の遅れが加わってさらに大きな変化となります。こちらは、冬至直前
に打ち消しあうような関係になります。同様に、夏至直前の日の出、夏至直後の
日の入りも両者が打ち消しあう関係となります。

単に両者が打ち消しあうだけなら、春分の頃の日の入りや秋分の頃の日の出も
そうだと思うのですが、こちらはjun1038さんが指摘したような事情もあって
単純ではなさそうです。

自分でも不完全な説明だと思いますが、こんなところでどうでしょう。

お礼

う～ん、なんだか専門家どうしの意見交換レベルに突入してしまったようで、
私にはついていくのが難しい状況になってきました。

まだ、皆さんのご回答の本当の意味を自分なりに咀嚼できていませんので、
一歩ずつ追いかけ直させていただこうと思います。

ありがとうございました。

回答No.3

jun1038

yamatonさんこんにちは。

puni２さん、ranxさん、すこしつっこまさせてください。

均時差の議論は、太陽の南中時（真南にくる）に一番有効です。

日の出や日没の時刻の議論では、均時差も当然重要ですが、
何というか、「地平線に対する太陽の年周運動の軌跡」みたいなものも
重要なのではないでしょうか。

例えば、日の出について、
春分近くでは、黄道は東の地平線とのなす角度が小さいですよね。
こりゃ、太陽が年周運動しても、日の出の時刻があまり変わらないことには
ならないでしょうか。
一方、秋分近くでは、黄道は東の地平線とのなす角度が大きいですよね。
だから、太陽がもし春分近くと同じように年周運動しても、
日の出の時刻が１日ごとにどんどん遅くなることにはならないでしょうか。

言葉ではなかなか難しいのですが、検討してみて下さい。

それでは。

お礼

jun1038さんありがとうございます。

ranxさんへのお礼の中で私が書いた日々の時刻の変化が著しく遅れる現象は
夏至と冬至の前後でしか起きていないんです。春分・秋分周辺にもその他の
時期にもこのような現象は見られないようです。

こうなると、地軸の傾きが公転軌道の接線の直角方向に傾いていることが何
らかかかわっているとしか考えられませんが、ほぼ等距離をほぼ等速で動い
ているのに何故？っていつも行き詰まってしまうんです。

う～ん、わからない…。

ありがとうございました。

回答No.2

ranx

すでにpuni2さんの正解が出ていますが、もう少し説明を試みてみましょう。

地球が太陽の周囲を公転していることはご存知の通りですが、地球を中心にして考えてみると、
太陽が天の黄道上を一年をかけて一周するわけです。地球の軌道は楕円ですが、かなり円に近い
楕円ですから、その速度はほぼ一定と考えて構いません。ですから、黄道上を太陽が移動する
速度もほぼ一定となります。

ところが、黄道は赤道に対して約23.4度（だったかな？）傾いておますから、夏至や冬至の頃は
黄道が赤緯にほぼ平行であるのに対し、春分や秋分の頃は、黄道がそれだけの傾きを持っている
わけです。真っ直ぐな棒を一本持って下さい。それを一日に太陽が進む距離と考えます。夏至や
冬至の頃は、その棒を水平に持った状態です。その水平方向の距離だけ、太陽は天の赤経上の角度
に読みかえた距離を移動します。春分や秋分の頃は、棒を傾けて持った状態です。棒の長さは
変わりませんが、水平方向の距離は短くなります。つまり、春や秋は、太陽の移動が、赤経で
測った場合にそれだけ小さくなるのです。地球の自転速度は一定ですから、一年を通して平均すると、
太陽の赤経上での速度は夏至や冬至の頃は速く、春分や秋分の頃は遅くなるわけです。

時間は現在の科学による定義で、一定の速さ(?)で経過しますから、夏至や冬至の頃、太陽は日毎に
先へ先へ、つまり東へ東へと進んでいきます。その分、日の出や日の入りは日毎に遅くなって
いきます。春分や秋分の頃は逆に太陽が日毎に遅れていきますから、一定速度ならあるべき位置
よりも西へずれていき、その分、日の出・日の入りは日毎に早くなっていきます。

この太陽の進み具合・遅れ具合を時間で表したものが均時差です。昼夜の長さの変化と均時差とが
時にはプラスされ、時には打ち消しあって、日の出・日の入りの時刻が決まります。例として、
冬の日の出の時刻を考えると、冬至の日に日の出は最も遅くなりそうですが、上記の理由で、
太陽が日毎に遅れていっている時期ですから、冬至よりも10日ほど後に最も日の出の遅い日が
やってきます。

一応上の説明では無視しましたが、地球の公転軌道は楕円で、近日点は1月の初めです。このため、
太陽の速度は冬は速く、夏は遅くなります。

お礼

ranxさん、回答ありがとうございます。

棒を例えにしていただいた、太陽の黄道上の見かけの速度の差とてもわかり
易かったです。また、日の出・日の入りの時刻の変化していく理由や冬至や
夏至とのずれの理由もわかるような気がします。

でも、私が一番知りたい１日ごとに１分くらいづつ時刻が早くなったり遅く
なったりする時期がある一方、１分変化するのに２週間以上もかかる時期も
あるということの理由はいまひとつ釈然としません。

その見た目の太陽の速度の差と地球の公転（地軸の傾きを含めた）の何かが
シンクロした結果なのでしょうか。でも、夏至や冬至の時期には太陽の見た
目のスピードが早くなるのであれば、日々の日の出・日の入りの時刻の変化
が逆に早くなってもいいようなきがするのですが・・・。

例えば昨年の１１月２９日から１２月１３日まで日の入りの時刻は１６：２８
です（もちろん四捨五入したものですので１分程度の誤差はありです）。でも
その時期日の出の時刻は１日か２日に１分程度変化し続けています。逆に今年
の１月１日から１３日まで日の出の時刻は６：５１ですがその期間も日の入り
の時刻はやはり１日１分程度変化しています。

これらも均時差だけで説明ができることなのでしょうか？　う～ん、なんだか
考えれば考えるほど頭から煙がでてきそうです。

やはりもうちょっと基礎的な知識を得るところからステップを踏んでいかないと
私には無理なのかもしれませんね。

ありがとうございました。

回答No.1

puni2

表で見ているだけでなく，ぜひグラフに描いてみましょう。いわゆるサインカーブ（と言って通じるでしょうか）に近い，滑らかな曲線を描きます。

「変化が極端に遅い時期」というのは，いわば折り返しの時期です。
たとえば，春から夏に向かってだんだん日の入りが遅れて行きますが，その遅れるペースが少しずつ小さくなって行き，やがて止まります。つまり日の入りが一番遅い日です。それを過ぎると，少しずつ早くなって行き，そのペースも上がって行きます。…他も同様ですね。

1番は，「なぜ，折り返しの時期の前後は変化がゆるやかなのか」というご質問でしょうか。これは難しいですねえ。「その方が自然だから」では答えにならないし。どう答えたらいいのでしょう。

それさえ納得していただければ，2番の回答は可能ですので，とりあえずそちらをお答えしておきましょう。
先程の説明で「日の入りが一番遅い日」と書きました。本来なら，この日は夏至になるはずですが，実際には夏至よりも少し前にピークを迎えます。そして，「日出が一番早い日」も本来は夏至のはずが，こちらは逆に少し遅れます。
この，時期のずれのために，2番の現象が起きるわけです。

では，なぜぴったり夏至や冬至にピークを迎えないのか。
これは，天球の上を太陽が進む見かけの速さ（の，東西方向の成分）が均一ではないために起こる現象です。
ただ，この現象を分かりやすく説明する（しかも，図を使わずに文章だけで）のは，非常に困難です。一言で言えば「地球の公転軌道が円ではなく楕円であること」「地軸が公転軌道に対して垂直ではなく傾いていること」が合わさって起きるのですが，これだけではちょっと分からないですよねえ。どうしたものか。
とりあえず「均時差」という語をキーワードに検索してみると，いくつか（時には図入りで）説明の出ているサイトがヒットすると思います。

下記の質問のところでも少し説明を試みましたが，なかなか難しいです。
質問：日の出と日の入について（http://oshiete1.goo.ne.jp/kotaeru.php3?q=198891）
質問：太陽の南中について（http://oshiete1.goo.ne.jp/kotaeru.php3?q=131264）

というわけで，なかなか分かりやすい説明とはいきませんでしたので，自信ナシにしておきます。

参考URL：

http://oshiete1.goo.ne.jp/kotaeru.php3?q=198891,http://oshiete1.goo.ne.jp/kotaeru.php3?q=131264

お礼

puni2さん、早速回答ありがとうございました。

日の出、日の入りの時刻をグラフ上に落として繋げるとサインカーブに近い
曲線になるということはわかりました。ありがとうございます。またそれが
それぞれの時刻の一番遅い・速いの折り返しの時期だというのもわかります。
でもご察しの通り、私が知りたいのは「なぜその折り返しの時期に変化がゆ
るやかになるのか」という点なんです。

地軸が公転軌道に対して垂直ではなく傾いていることも、公転軌道が楕円で
あるということもわかってはいるんです。でも四季の変化は地軸の傾きによ
るところが大きいのですよね。だから北半球と南半球で夏と冬が逆転してい
るのだと思います。そうならば公転軌道が楕円であることによる影響は地軸
の傾きによる影響よりも小さいものですよね。そうでなければある時期地球
全体が夏になったり、冬になったりするんだと思います。それほどゆがみ具
合の小さな楕円であるなら、地球の公転軌道の径の大きさから考えれば、公
転軌道はほぼ円であると言ってもいいのではないかと思うんです。

そこで、ほぼ円に近い軌道上をほぼ等速で周回している地球が何故地軸が傾
いているために日の出や日の入りの時刻の変化のスピードにこれほどの違い
が生じるのかっていうところでまた袋小路に入りこんでしまうんです…。

きっともう少し理科系の素養があればいただいた回答でちょっとは理解でき
たのではないかと思いますが、どうも昔から理数系はあまり得意ではなかっ
たもので、すいません。

どこか私が思い違いをしているところがあれば更に補足でご回答いただけれ
ばと思います。

均時差でも検索してみます。
どうもありがとうございました。