観測者の見る空：季節で変わる太陽の通り道と南中高度The Sky Seen by an Observer: The Sun's Path and Noon Altitude Through the Seasons

1予想しよう（触る前に）Predict (before you touch anything)

1. 北緯35°の地点で、夏至の日と冬至の日では、太陽の南中高度と昼の長さはそれぞれどちらが大きいだろうか。At latitude 35°N, which has the higher noon altitude and the longer day: the summer solstice or the winter solstice?💡 夏と冬で、正午ごろの自分の影の長さがどう違うかを思い出そう。Remember how long your shadow is around midday in summer compared with winter.
2. 観測する場所の緯度を高く（北へ）していくと、北極星の高さはどう変わるだろうか。As the observer moves to a higher latitude (farther north), how does the altitude of Polaris change?💡 北極点に立つと、北極星はどの方向に見えるかを考えよう。Think about where Polaris would appear if you stood at the North Pole.

2動かしてみようTry it

1. 「① 緯度：北緯」が35.0°、日付が「夏至」になっていることを確かめ、「1日再生」で太陽が日の出から南中、日の入りまで動く様子を見る。右の表示で南中高度と昼の長さを記録する。Check that "1. Latitude (N)" is 35.0° and the date is the "Summer solstice". Press "Play 1 day" and watch the Sun move from sunrise through noon to sunset. Record the noon altitude and the day length shown on the right.
2. 「春分」「秋分」「冬至」のボタンを順に押し、太陽の通り道（橙の弧）の位置、南中高度、昼の長さを比べる。「② 日付」スライダーを動かして、通り道が平行に移動する様子も見る。Press the "Spring equinox", "Autumn equinox" and "Winter solstice" buttons in turn, and compare the position of the Sun’s path (orange arc), the noon altitude and the day length. Also move the "2. Date" slider and watch the path shift parallel to itself.
3. 日付を「夏至」にして「① 緯度：北緯」スライダーを0°から66.5°まで動かし、天の北極（北極星）の高さと「緯度」の角度、南中高度の変化を観察する。Set the date to "Summer solstice" and move the "1. Latitude (N)" slider from 0° to 66.5°. Watch how the height of the north celestial pole (Polaris), the latitude angle and the noon altitude change.
4. 緯度を66.5°にしたまま「夏至」と「冬至」を切り替え、地平線より上の弧の割合と、右の表示に「白夜：太陽は一日中沈みません」が出るかを確かめる。図をドラッグして見る向きを回してもよい。Keep the latitude at 66.5° and switch between "Summer solstice" and "Winter solstice". Check the share of the path above the horizon and whether the "Midnight sun" message appears. You can drag the picture to turn the view.

3確かめようCheck

1. 北緯35°で、夏至・春分・冬至の南中高度はそれぞれ約何度か。式「90°−緯度＋太陽赤緯」と合っているか。At 35°N, about what is the noon altitude on the summer solstice, the spring equinox and the winter solstice? Does it match the formula "90° − latitude + declination"?→ 夏至は約78.4°（90−35＋23.4）、春分は55.0°（90−35＋0）、冬至は約31.6°（90−35−23.4）で、表示された式と一致する。About 78.4° on the summer solstice (90 − 35 + 23.4), 55.0° on the spring equinox (90 − 35 + 0) and about 31.6° on the winter solstice (90 − 35 − 23.4), matching the displayed formula.
2. 北緯35°で、夏至・春分・冬至の昼の長さはそれぞれ約何時間か。At 35°N, about how long is the day on the summer solstice, the spring equinox and the winter solstice?→ 夏至は約14時間24分（弧の60%が地平線より上）、春分は約12時間（50%）、冬至は約9時間42分（40%）で、夏ほど地平線より上の弧が長い。About 14 h 24 min on the summer solstice (60% of the path above the horizon), about 12 h on the spring equinox (50%) and about 9 h 42 min on the winter solstice (40%). The arc above the horizon is longer in summer.
3. 緯度を変えると、北極星の高さはどうなるか。When you change the latitude, what happens to the altitude of Polaris?→ 北極星の高さは常に緯度と等しい（例：北緯35°で35°、北緯66.5°で66.5°）。太陽の通り道はいつもこの天の北極を中心とした円の一部として傾いている。The altitude of Polaris is always equal to the latitude (for example 35° at 35°N and 66.5° at 66.5°N). The Sun’s path is always tilted as part of a circle centered on this north celestial pole.
4. 北緯66.5°の夏至と冬至では、太陽の動きはどう違うか。At 66.5°N, how does the Sun’s motion differ between the summer solstice and the winter solstice?→ 夏至は昼の長さが約24時間で、真夜中でも太陽が沈まない「白夜」になる（南中高度約46.9°）。冬至は南中高度が約0.1°しかなく、昼の長さは約1時間半になる。On the summer solstice the day lasts about 24 hours and the Sun does not set even at midnight ("Midnight sun"; noon altitude about 46.9°). On the winter solstice the noon altitude is only about 0.1° and the day lasts only about one and a half hours.

4考えようThink further

1. 夏に気温が高くなる理由を、南中高度と昼の長さの2つの点から説明しよう。Explain why it is hotter in summer using both the noon altitude and the length of the day.→ 夏は南中高度が高いので、同じ面積の地面が受ける光のエネルギーが大きくなる。さらに昼の長さが長いので、1日に受け取るエネルギーの合計も多くなる。この2つの理由で夏は気温が高くなる。In summer the noon altitude is high, so each area of ground receives more light energy. The day is also longer, so the total energy received in a day is larger. These two reasons make summer warmer.
2. 赤道（北緯0°）で夏至の南中高度を求めると113.4°となり90°を超える。これは実際にはどういうことか。At the equator (0°N) the formula gives a summer-solstice noon altitude of 113.4°, which is more than 90°. What does this actually mean?→ 太陽が天頂を越えて北側に傾いた位置で南中するということで、北の空の高度は180°−113.4°＝66.6°になる。この日は太陽が赤道より北（北緯23.4°）の真上を通るためである。It means the Sun crosses the meridian past the zenith, on the north side, at an altitude of 180° − 113.4° = 66.6° above the northern horizon. On this day the Sun is directly overhead north of the equator (at 23.4°N).

よくある誤解Common misconceptions

• 夏は地球が太陽に近づくから暑い、という誤解。季節の変化は地軸の傾きによって南中高度と昼の長さが変わるためで、このシミュレーションでは距離の変化はまったく関係していない。The idea that summer is hot because Earth is closer to the Sun. The seasons come from the tilt of Earth’s axis, which changes the noon altitude and day length; distance plays no part in this simulation.
• 太陽はいつも真東から昇り真西に沈む、という誤解。真東・真西になるのは春分・秋分のころだけで、夏至は北寄り、冬至は南寄りから昇り沈む。The idea that the Sun always rises due east and sets due west. That only happens around the equinoxes; at the summer solstice it rises and sets toward the north, and at the winter solstice toward the south.

用語（日本語 / English）Key terms (Japanese / English)