中3地学【太陽の日周運動】

このページの内容は
→【天球】←の内容を理解しておくとよりわかりやすいかと思います。
よければ参考に。

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1.太陽の日周運動

■透明半球

天球のうち、↓のような観測者の足元を地面ととらえる。

つまり天球の半分を考えたもの。
中心に観測者がいると考える。(↓の図)

横から見たバージョン。

■太陽の日周運動
太陽が天球上を1日に360度(=1時間で15)回転しているように見える運動。
地球の自転が原因。

天球上で地球を除くすべての天体は地軸を中心に回転しています。
太陽も同様です。(↓の図)

透明半球上で太陽の動きを記すと↓のようになります。

透明半球上では
太陽は東の空から出て(=日の出)、南の空を通り(=南中)、西の空に沈む(=日の入り)ように見えています。
これが太陽の日周運動です。

ここからは日本の明石市(東経135度)を中心に考えます。

■太陽の日周運動における基本用語
日の出・・・太陽が東の地平線から出ること。
日の入り・・太陽が西の地平線に沈むこと。
・・・・・日の出から日の入りまで。
・・・・・日の入りから日の出まで。
南中・・・・太陽が南の空にくること。
南中高度・・太陽が南中したときの角度。

2.透明半球をつかった観測

■透明半球上に太陽の位置を記録する

プラスチック製の透明半球を用いて
太陽の一定時間ごとの位置を記録していきます。

このときサインペンで透明半球に太陽の位置を記録しますが
サインペンの先端の影が透明半球の中心に重なるように記録します。

【例題】

次の図は透明半球を用いて太陽の位置を記録したものである。
A~Fの各点は午前9時から1時間ごとの太陽の位置の記録を表す。
AからBまでの長さは6cmであった。
P・Q・Rは、A~Fの記録から求めた日の出・南中・日の入りの太陽の位置である。
CからQまでの長さは4cm、PからAまでの長さは15cmであった。
(1)BからCまでの長さは何cmか。
(2)この日の太陽の南中時刻を求めよ。
(3)この日の日の出の時刻を求めよ。
(4)この日の日の入りの時刻を求めよ。



()

(1)
天球を思い出しましょう。
天球上での太陽は
地軸を中心に1時間に15度ずつ回転している(ように見える)んでしたね。
(この動きが太陽の日周運動です。)

地軸を中心とする次のような円を描いているのです。(下図)

この円周上を1時間に15度ずつ回転しているので
1時間ごとに太陽が描く弧の長さはすべて同じです。

つまりBからCまでの長さは
AからBまでの長さと等しく6cmとなります。

(2)
南中を表すのはQです。
このQはC(午前11時を表す)から4cmのところにあります。

一方で太陽は1時間で6cmの弧を描くのでしたね。

ではこの4cmの弧を描くのにx分かかるとすると

60分:6cm=x分:4cm

よってx=40分ということになります。

つまりC(午前11時)から40分後の午前1140が正解です。

※ポイントは1時間:6cm=x時間:4cmとしないこと。
できるだけ「分」の単位で計算した方がすばやくミスなく解けます。

(3)
日の出を表すのはPです。
このPはA(午前9時)から15cmもどったところです。

太陽は1時間で6cmの弧を描くので
15cmの弧を描くのにかかる時間をx分とすると

60分:6cm=x分:15cm

よってx=150分=2時間30分となります。

つまりPはA(午前9時)から2時間30分巻き戻した午前630が正解です。

(4)
(1)~(3)より

日の出から南中…午前6時30分から午前11時40分

とわかっています。

つまり日の出から南中に5時間10分かかっていることがわかります。

南中から日の入りまでも同じく5時間10分かかります。

(南中する時刻は、日の出と日の入りのちょうど真ん中!)

よって日の入りの時刻は午前11時40分の5時間10分後の
午後450であることがわかります。


※時刻の表記
・午前・午後を付けて表す表し方」
・24時制で表す表し方
の2通りあります。

どちらで答えるかは問題文の表記に合わせましょう。
今の例題では「午前」とあるので「午前・午後を付けて表す表し方」で答えを書きます。

3.日本標準時

■日本標準時
東経135度(兵庫県明石市)で太陽が南中する時刻を正午とする時刻のこと。

日本の時刻は
東経135度(明石)の地点で太陽が南中した時刻を12:00(正午)としています。

日周運動のペースは
1日(24時間)で360度

1時間あたり15度

4分で1度
です。

よって
経度が1異なる→南中時刻に4分の差が生じる
ことになります。

(例①)
東経130度では太陽の南中時刻はどうでしょうか。

東経130度は明石より西です。
太陽の日周運動は東から西への向きなので
明石より南中が遅れて起こることになりますね。

日周運動のペースは「1時間で15度」⇒「4分で1度」の動きです。

明石と東経130度の地点では

経度差が5度⇒南中時刻が20分ずれる

よって東経130度では12時20分に太陽が南中しますね。

(例②)
東経137度では太陽の南中時刻はどうでしょうか。

東経137度は明石より東です。
太陽の日周運動は東から西への向きなので
明石より南中がはやく起こることになりますね。

日周運動のペースは「1時間で15度」⇒「4分で1度」の動きです。

明石と東経137度の地点では

経度差が2度⇒南中時刻が8分ずれる

よって東経137度では11時58分に太陽が南中しますね。


POINT!!

・東経が1度大きくなる→南中が4分はやくなる。
・東経が1度小さくなる→南中が4分おそくなる。

※経度の基準(経度が0度の地点)はイギリスのロンドンです。
※ロンドンから東に行くと「東経」、西に行くと「西経」となります。
※ロンドンでの太陽の南中を基準とする時刻を「世界標準時」といいます。
※実は日の出や日の入りの時刻のずれは経度だけではなく、季節の影響を受けます。
(正確に言うと地軸の傾き23.4度が影響しています。)


■このページのポイント

・このページの例題を解けるようになっておこう。
・太陽の日周運動は「太陽の見かけの動き」、原因は「地球の自転」。
・経度の差⇒南中時刻の差が生まれる。

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