昼の長さは何で決まる？ 日が長くなる・短くなるしくみ

昼の長さが一定でない理由

地軸は、公転面に垂直な方向から約23.4°傾いています。北半球の夏には北側が太陽に向き、北半球の地点は地球が一回転する間の長い部分を、照らされた側で過ごします。冬は逆になります。

空では、太陽の**赤緯**の変化として見えます。赤緯は天の赤道からの角距離です。北半球の回帰線外では、太陽の赤緯が北に大きいほど、日周運動の円の多くが地平線の上に出ます。南半球では季節との対応が逆になります。

赤道では、地平線が太陽の一日の経路をほぼ半分に分けるため、昼は一年を通して約12時間です。極に近づくにつれて経路と地平線が斜めに交わり、赤緯の変化の影響が強くなります。極圏では、太陽の経路全体が地平線の上、または下に入る時期もあります。

昼の長さを決める条件

第一は太陽の赤緯です。経路のどの部分が地平線上にあるかを左右します。第二は緯度です。季節変化の大きさを決め、日本でも北海道と沖縄では、夏と冬の差が異なります。第三は出入りの定義です。太陽中心ではなく上端を使い、大気差による持ち上がりも含めるため、純粋な幾何学で中心だけを考えるより、日の出は早く、日の入りは遅くなります。

経度は、同じ緯度・日付の地点を比べると、主に出入りの時計時刻を一緒にずらします。昼の長さそのものを変える主因ではありません。また山の上や海に開けた高台では、見える地平線の俯角によって、太陽が見える時間が長くなる場合があります。

春分・秋分でも、昼がぴったり12時間ではない理由

春分・秋分は、太陽が天の赤道を通る瞬間です。「昼夜が等しい」といわれますが、日の出入りで測った昼は、通常12時間より少し長くなります。太陽の上端が基準であることと、大気差がその理由です。

昼と夜が実際に同じ長さになる日を、英語ではequiluxと呼びます。北半球の中緯度では、一般に春分より少し前、秋分より少し後になります。具体的な日は緯度によって違い、全国一律ではありません。

日が長くなる速さも、季節で変わる

昼の長さは、毎日同じ分数ずつ変わるわけではありません。夏至・冬至付近では太陽の赤緯の変化が小さく、昼の長さもほとんど変わりません。春分・秋分付近では赤緯が一日約0.4°と速く変わり、昼の長さの変化も大きくなります。

日本でも、冬至を過ぎた直後は変化がゆっくりで、春に近づくと夕方の明るさの伸びを感じやすくなります。北海道では低緯度の地域より変化が大きくなります。変化の具体的な分数は、観測地点と日付で確かめます。

北半球の一年の流れは、冬至後にゆっくり増え、春分付近に速く増え、夏至で変化が小さくなり、その後は逆になる、と捉えられます。伝統的な概算法でこの傾向を表すことはできますが、観測日程に使う正確な時刻の代わりにはなりません。

日本の南北で異なる昼の長さ

夏の北海道では、沖縄より昼が長くなります。冬はその関係が逆になります。同じ「夕方の散歩」や「日の出前の撮影」でも、札幌、東京、那覇で使える明るさの時間は同じではありません。旅行の予定では、時計の時刻だけでなく昼の長さも確認すると、現地での行動を考えやすくなります。

さらに北の北欧へ行けば、夏と冬の差は大きくなり、極圏には日が沈まない日や昇らない日があります。これは日本の夏の長い夕暮れとは別の状態です。

「昼の長さ」と「周囲が明るい時間」は、同じではありません。日の出前と日の入り後にも市民薄明があり、空や景色を見分けられる明るさが残ります。その長さは緯度、季節、天候で変わります。

一年を合計すると、大気差と太陽の半径によって、見かけの太陽が地平線上にある時間は、単純な半分より少し多くなります。地域によって条件は異なりますが、昼夜を太陽中心だけで分けた理想的な幾何学とは違うことがわかります。