オフィスワークをしていた頃はまったく気にならなかったのだが、定年退職して農業に従事し戸外で働くようになると日の出・日の入りの時刻が気になりだした。特にこの記事を書いている1月、特に上旬の頃は日の出が最も遅い感じだった。今は少しずつ早めに明るくなりだしている感じだ。
日の入りは12月上旬の頃が最も遅く、自治体の防災無線がチャイムを鳴らす午後5時は真っ暗という感じだった。今の5時はまだ明るい感じである。12月の下旬の頃の冬至がもっとも日の出が遅く日の入りが早いというわけではない。もちろん1日の長さは冬至の頃が一番短く感じられる。しかし日の出・日の入りの時刻は別だ。このことは国立天文台のサイトに解説が載っている。
1日の長さであれば、これはちょうどお昼の太陽が真南に来る南中高度によって決まる。南中高度の高い夏至の頃に一日の長さが最も長くなり南中高度の最も低い冬至に一日が最も短くなる。しかし日の出・日の入りのピークの時刻は夏至・冬至とはズレている。
これは太陽がちょうど真南に来る南中時刻が正午とはズレることから生じる。やや日の出が遅く日の入りが早くなってきた今は南中時刻が正午より遅いということだ。これはなぜそうなるのか。上記のページだと「太陽の通り道である黄道と天の赤道が23.4度傾いているため、太陽が天の赤道に対して動く速度が一定ではない 地球の公転軌道が楕円であるため、太陽の日々の進みが一定ではない」ということによると解説している。
後半の、地球の公転軌道が楕円であるため太陽の日々の進みが一定ではないことはケプラーの第3法則によるのだろう。地球は太陽の周りを楕円軌道を描いて公転し、その公転速度に関しては太陽と地球を結ぶ動径が公転面を掃く面積が一定であるということ（面積速度一定）による。北半球に住んでいると意外だが冬至の頃のほうが地球は太陽に近く公転速度は速い。夏至の頃は逆に遅い。
それにしても、なんで地球の自転軸が公転面に関して傾いていると南中時刻がズレるのかいまいち理解できなかったのだが、以下の動画をみて納得した。
地球の自転時間は24時間ではない。約23時間56分と24時間より4分短い。なぜ短いのかというと、地球が一回転する間に地球自身が公転しているので太陽が元の位置にはいないからだ。一回転してから4分くらいしてやっと太陽の方を向く。南中から南中までを1日と定義すれば1日は地球の自転時間よりも少しだけ（太陽の方へ向き直すため）長くなるわけだ。さらに公転面に対して傾いている地球の自転軸を真上方向だとイメージすると、冬至から春分に向かう今の時期は地球が傾いている公転面の坂の上を登っているため太陽の方に向き直すのに時間のズレが生じ、南中時刻が遅くなるということか。
模型（モデル）を見れば容易に理解できることがあるのだなと感心した。
