太陽の1年間の動き アナレンマと二十四節気
太陽を地上の同一場所から同一時刻に1年間観測すると太陽が天球上に８の字を描いて運動します。この形をアナレンマといい、正午のアナレンマに二十四節気の位置を示しました。同一時刻でも、秋の太陽は数度ですが西側に寄っているので、"つるべ落とし" のように早く日没となるのです。
均時差による東西の移動
東経 135°の場所であれば太陽は毎日正午に南中しそうですが、実際に太陽が南中する時刻は正午から最大で16分程もずれてしまう上に、その量が一年の間に結構複雑に変化します。このずれは「均時差」と呼ばれるものです。均時差が生まれる理由は地球の軌道が楕円であること、地軸が公転面に対して垂直でないことの両方が関係します。
- 均時差が生ずる理由
- 均時差が発生する理由は２つあります。
１．地球の軌道が円でないために起こる、太陽の黄経変化の不均一 - 地球は１太陽日の間に 360度 + α だけ自転しています。この「α」は地球が太陽の周りを公転しているため、地球が360度自転している間に、約 360/365.25度≒約1度 だけ太陽の周りを回っていて、太陽の見かけの位置が変化しますのでその分余分に自転する必要があるわけです。太陽が移動して行く道筋は「黄道」と呼ばれています。
もし、地球が円軌道を描いて太陽の周りを回っていれば、この「α」は常に一定です。ところが、地球の公転軌道は円軌道ではなく、わずかに扁平な楕円軌道です。そうすると太陽に近いときは平均より早く、遠いときは平均より遅く移動します（ケプラーの第二法則）ので、太陽の見かけの動きにも遅速があるわけです。 -
季節による、太陽の黄道上の移動速度（一日毎の移動量）
- ２．黄道面と赤道面が一致していない（傾いている）
- 黄道と赤道が一致していれば問題は無かったのですが、実際にはこの２つは約23.4度の角度で交差しているのです。
このため仮に太陽が黄道上を一定速度で移動していたとしても、太陽が赤道との交点付近いる場合と、赤道から一番離れた点にあるときでは赤道座標における経度変化量は違ってきます。この見かけ上の変化は、
春分・秋分点付近で最小 ≒ cos(23.4度) ≒ 0.9178(倍)
冬至・夏至点付近で最大 ≒ sec(23.4度) ≒ 1.0896(倍)
に拡大されます。
赤道と黄道の傾斜による赤経変化の拡大率
均時差の季節変化
問題となるようになったのは、ここ二百年前位から
のことです。なぜならそれ以前の時代には時刻の基準は、実際の太陽が南中する時刻を基準にして計った１日だったからです。日本では明治12年(1879年)から時刻系を直接の太陽を使う視太陽時から、一年を通じて長さの変わらない平均化した仮想の太陽を使った平均太陽時に変えました。その時から、正午に太陽が南中しないという事象が生じるようになったのです。
- 地方視太陽時 ～明治11年暦まで
- 地方平均太陽時 明治12年暦～20年暦まで
- 標準時 明治21年暦から