夏が暑くて冬が寒い理由は何?【地軸の傾き】

日本の夏が暑いのはなぜだろう?

夏は暑い!一体なぜ!?

年中秋だったらいいのに!

僕は夏のがいいけどねっ

ちなみに1年で1番暑い日(天気とかにもよるけど)は夏至です。そして太陽が出ている時間が1年で1番長いんです。

逆に1番寒い日は冬至といいます。太陽が出ている時間が短いのも冬至ですね。

夏が暑いのには太陽が関係してるんだ

そういうことです!今回は太陽の動きと季節による変化を解き明かして行きましょう!

なぜ夏は暑い?

なぜ夏は暑いのか、結論から言うと季節によって太陽が通るル-トが少しずれているからなんです!(太陽の通り道がずれる理由は地軸が関係しています。これは後で説明します)

太陽が通るル-トが違うことによって季節による変化が2つ現れます。

・昼と夜の長さ

・太陽の高さ

この2つについて考えてみましょう。

季節による昼と夜の時間の長さ

太陽の1日の動きを復習しましょう。このようなイラストで表せましたね。

東から太陽が出て西に沈むんだったね

昼の長さ(太陽が出ている時間)はもちろん日の出から日の入りまでの時間ですね。
イラストでいう実線の部分です。

夜の長さは日の入りから日の出までの時間なので、点線の部分になります。

太陽の動きは季節によって少しだけ変化します。

下のイラストは季節ごとの太陽の動きです。少し違いますね。

日の出と日の入りの位置が違う!

そうです!太陽の通るルートが少しズレてますね。

春分・秋分の日はちょうど真東で日の出して、真西に沈みます。

太陽の通り道の円を考えるとちょうど半分が太陽が出ていて、もう半分は出ていないので春分と秋分の日は昼と夜の長さが同じになります。

太陽が出ている時間も比べてみましょう。

夏至の時の実線と点線の長さを比べると実線のほうが長いですね。つまり、昼が長いということになります。

夏至の日は最も昼が長く、冬至の日は最も夜が長い

太陽の高さの違い

次に、太陽の動きの違いによる太陽の南中する時の高さについても考えてみましょう。

季節によって南中高度の高さが違うのがイラストからわかりますね。

夏至の南中高度が一番高いね

1日の内で太陽が一番高く上がる時を南中といいました。南中高度の復習はコチラ↓

夏、外にいる時にできる影と冬にできる影の長さを比べると、夏は短くて、冬は長くなります。

これは太陽の高さが関係していて、イラストで表すと、

高いほど影が短いのがわかるね。

これは、朝と夕方に影が伸びるのと同じ原理です。

冬になると部屋に光が入ってきやすいね

それも同じ理由で太陽の高さが低いから部屋の中に入り込む量が多いからですね。

太陽の高さは夏が暑くて冬が寒いことに影響しています。

理由を考えていきましょう。

太陽が高くにあると暑いのはなぜ?

高いと遠いような気もする、、、

さてそれはどうかな?

地球は太陽のまわりを公転しているから、太陽と地球の距離は季節が変わってもほとんど変わらないんだ。

晴れの日は暖かいけどくもりの日が寒いのはなんで?

それは太陽から出る光によって温められるからだね。

日向ぼっこすると暖かいもんね

温度が変わるのは、地面に当たる光の量が太陽の高さによって変わるからなんだ。

太陽が高い場所にある場合(赤)と低い場所の場合(黄)で光の量を考えてみましょう。

太陽から光は平行にでていますね。そして季節によらず同じだけ光を出しています。

太陽が斜めに当たると光が少ないね!

そう!地面と太陽からの光の角度が大切なんだ!

でも本当に角度によって温度が変わるんでしょうか?

実験してみましょう。

光の角度と温度の実験

太陽からの光を垂直に受ければ受けるほど温度が上昇しやすいと考えられるので確かめるため、角度を変えられる板を用意しました。

板は光を吸収しやすい黒色にして、中に温度計を差します。一枚だけ白色の板にして色の違いも確認してみましょう。

この装置を使って角度を変えて、10分間の温度上昇を測ってみます。

太陽に垂直に置いた35℃の板が一番温まるはずだね。

すると結果はこうなりました。

板が太陽からの光に垂直なほど温度上昇が大きいことが確認できますね!

つまり、太陽が高いほど地面が温まりやすいってことだね。

太陽が高い場所にあるから、季節の中で夏は一番暑いし、昼も朝や夕方に比べて暑いんだね!

夏は太陽が高い位置にある→気温が高い

昼も太陽が高い位置にある→気温が高い

地軸のずれによってできる四季

しかし、なぜ季節によって太陽の通るル-トが違うんでしょう?

答えは「地軸の傾き」にあります。

地球の回転は2種類あって

・地軸を中心に地球自体が回転する「自転」

・太陽を中心に太陽のまわりを回転する「公転」

がありました。

地球は地軸と太陽を軸とした2種類の回転をしていますが、この2つの軸は平行ではなくて、23.4°傾いています

夏の地球に地軸は太陽におじぎをしているように傾いていて、冬の地軸はその逆に傾いていることがわかりますね。

地軸の傾きによって南中高度が変わるんです!

南中高度の計算

赤道上にあるブラジルやインドネシアなどの国は暑いイメ-ジがありますよね。

赤道上の国が暑いのは、南中高度が高いからです。

地軸が傾いていないとすると、赤道の国の南中高度は90°になりますが、日本の場合(東京:北緯35°)南中高度は北緯の分下がります。

春分・秋分の日の地軸は太陽の軸に対してほぼ垂直なので、

春分・秋分の日の南中高度は$90°−35°=55°$となります。

夏至の地軸は太陽に向かって23.4°おじきをしているので、

南中高度は$90°−35°+23.4°=78.4°$になります。

春分の日と比べると南中高度が高くて、気温が上がる理由がわかりますね。

逆に冬至は逆向きに傾いているので、

南中高度は$90°−35°−23.4°=31.6°$となります。

地軸の傾きで角度が全然違う!

傾きによって太陽の高さが変わることがわかりましたね!

南中高度は
春分・秋分の日:$90°-35°=55°$
夏至:$90°-35°+23.4°=78.4°$
冬至:$90°-35°-23.4°=31.6°$

白夜

地軸が傾いているため起こる現象に白夜があります。

白夜とは、1日中太陽が沈まない現象で、北極や南極の近くで起きます。

北極の場合は、夏至近くの地軸が傾いている時に地軸の近くに白夜が起こります。

逆にいうと南極付近は夏に太陽が全く当たらなくなります。

この時生物はどうしているんだろう?

今回のまとめ

太陽が高い位置にあるほど光を垂直に受けやすく温度が上がる

地軸が23.4°傾いているので季節が生まれる

南中高度は夏至に最も高くなり、冬至に最も低くなる

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プロフィール
ゆうしろ

私立中・高一貫校の現役理科教員です。
専門は生物学で、中学・高校理科の教員免許を持っています。
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