昼間

地球上で観測される昼間は、特定の場所が直射日光による自然光を経験する一日の時間帯です。昼間は、太陽が地元の地平線の上に現れたとき、つまり地球の半球上の太陽に面したどこでも発生します。直射日光の下では、日中にゆっくりと移動する影を落とす日時計を使用して、太陽の動きを記録して観察できます。地元の恒星などの明るい主要天体に対して回転する他の惑星や自然衛星も昼間を経験しますが、この記事では主に地球上の昼間について説明します。

大まかに言えば、ほとんどの人間は、日中のある時間帯は起きていて、夜間のある時間帯は眠っている傾向があります。

地球のおよそ半分は、いつでも太陽に照らされています。直接照明を受ける領域は、地球のほぼ半分です。しかし、間接照明の範囲を広げる大気やその他の影響により、直接照明または間接照明で覆われる地球の領域は、表面の半分をわずかに超える程度になります。

地球が自転するにつれて、地球の昼間の半球は絶えず変化します。地球の自転軸は太陽の周りを回る軌道面（太陽光の方向と平行）に対して垂直ではないため、昼間の時間の長さは地球上の地点によって異なります。さらに、自転軸は恒星に比べて比較的固定されているため、惑星が恒星の周りを回ると、太陽に対して移動します。これにより、惑星表面のほとんどの地点で昼間の時間の長さに季節変動が生じます。

地上の観測者から見た昼間の時間帯は、地球の東向きの自転によって太陽の円盤が初めて地平線上に現れる日の出から、地球の継続的な自転によって太陽の円盤が西の地平線下に消える日の入りまでの時間帯と大まかに定義されます。太陽は地球から見ると点光源ではなく光る円盤であるため、日の出と日の入りは瞬間的なものではなく、両者の正確な定義は状況によって異なる場合があります。また、地球の大気は太陽からの光をさらに曲げて拡散するため、日の出と日の入りの時間帯が長くなります。日の入り後から日の出前の一定期間は、太陽からの間接光が地球上の空を明るくします。この時間帯はしばしば薄明と呼ばれます。地球の天文学者などの特定のグループは、この間接照明のため、太陽の円盤が実際に地球の地平線よりかなり下になるまで、昼間の時間が本当に終わるとは考えません。

昼の長さまたは昼の継続時間は、昼間の始まりから終わりまでの経過時間です。地球の自転軸は、黄道と呼ばれる軌道面に垂直な線に対して 23.44°傾いているため、昼の長さは、観測者の緯度に応じて、惑星表面の季節によって異なります。太陽に向かって傾いている地域では夏が訪れます。太陽に向かって傾いていることで、太陽光線がより直接的になり、日中の時間が長くなり、大気による太陽光の吸収が少なくなるため、 1 日の半分以上が日光にさらされ、気温が高くなります。日光の増加は夏の気温上昇にいくらか影響しますが、気温上昇のほとんどは、日光の増加ではなく、太陽の直接性によるものです。太陽の角度が高い (天頂付近) と熱帯地方は暖かくなり、角度が低い (地平線からわずかに上にある) と極地方は寒くなります。日照時間が季節平均気温に及ぼすわずかな影響は、極地と熱帯地域で見ることができます。極地では、6 か月間 24 時間日が照るにもかかわらず、それぞれの夏は依然として寒いですが、赤道では1 日あたり 12 時間しか日が照らないにもかかわらず、年間を通じて暖かいままです。

赤道付近の日中の長さはどの季節でも 12 時間ですが、他の緯度では季節によって日中の長さが変わります。冬は日中の長さが 12 時間未満、夏は 12 時間以上です。北半球の冬と南半球の夏は一致し、北半球の夏と南半球の冬は一致します。

赤道では、季節に関係なく、昼間の長さは常に約 12 時間です。赤道から見ると、太陽は常にほぼ垂直に昇り、沈み、地平線に対してほぼ垂直に近い軌道を描きます。

3月の春分点から9月の春分点までは、太陽は真東から北に23.44°以内で昇り、真西から北に23.44°以内で沈みます。9月の春分点から3月の春分点までは、太陽は真東から南に23.44°以内で昇り、真西から南に23.44°以内で沈みます。太陽の軌道は、3月の春分点から9月の春分点までは完全に天球の北半分にありますが、9月の春分点から3月の春分点までは完全に天球の南半分にあります。春分点には、赤道太陽が天頂で最高点に達し、太陽正午に真上を通過します。

赤道上の太陽が太陽の正午に常に天頂に近いという事実は、熱帯地域が地球全体で最も暖かい地域である理由を説明しています。さらに、赤道では太陽の軌道が地平線に対してほぼ垂直であるため、日の出や日の入りが最も短くなります。春分と秋分には、太陽の円盤が地平線を横切るのにわずか 2 分しかかかりません (日の出のときは上から下まで、日の入りのときは下から上まで)。

熱帯地方は、赤道の北緯 23.44 度から南緯 23.44 度までの間の地球表面の領域を占めます。この領域内では、太陽は少なくとも 1 年に 1 日、ほぼ真上を通過(または極大点に達する)します。北緯 23.44 度の線は、北回帰線と呼ばれます。これは、この線が命名された当時、太陽が蟹座の近くにあった時期に、この場所の頭上を通過したためです。同様の理由から、南緯の対応する線は南回帰線と呼ばれています。太陽は、約 72 年に 1 日の割合で、毎年少しずつ遅く黄道の各星座に入り、そこから出ていきます。詳細については、春分点歳差を参照してください。

熱帯地域では、太陽が真上になるのは、夏至と冬至の 1 年に 1 回だけです。赤道に近い緯度や赤道上では、太陽が真上になるのは 1 年に 2 回 (赤道の場合は春分と秋分) で、ラハイナ正午、つまり影がまったくない日という現象が発生します。熱帯地域以外では、太陽が真上になることはありません。

地球が地表を通過する際に自転軸と一致する両極の周辺では、昼間の長さの季節による変化が極端です。実際、両極の緯度 23.44° 以内では、太陽が地平線の下に沈まない日が少なくとも年に数日あります。太陽が地平線の上に昇らない日もあります。この数は少なくなりますが、太陽が沈まない夏の日数に近いです (たとえば、日の出は通常、春分の数日前で、秋分の数日後まで続きます)。夜よりも昼が長いこの現象は、両極に限ったことではありません。実際、どの時点でも地球の半分強が昼間にいます。夏の 24 時間の昼は、一部の北部諸国で有名な白夜として知られています。北では、北極圏がこの 23.44° の境界となっています。南では、南極圏がこの境界となっています。これらの境界は、それぞれ北緯 66.56° または南緯 66.56° に相当します。太陽が地平線の下 6 度未満にあるときは空がまだ明るく星が見えないため、星が常に見える 24 時間夜は、北緯または南緯 72°34' を超える場合にのみ発生します。

極地やその付近では、夏でも太陽は地平線からあまり高く昇りません。これが、世界のこれらの地域が一年中一貫して寒い理由の 1 つです (他の理由としては、雪や氷による太陽放射の反射が相対的に増加するアルベドの影響があります)。太陽が正午に地平線から最も高い位置に達する夏至でも、極地では地平線からわずか 23.44° しかありません。さらに、極地に近づくにつれて、空を通る太陽の見かけの軌道は毎日垂直からどんどん離れていきます。夏が近づくにつれて、太陽​​は北ではより北寄りに、南ではより南寄りに昇り、沈みます。極地では、太陽の軌道は実際に円であり、どの日でも日中は地平線からほぼ等距離にあります。円は冬が近づくにつれて徐々に地平線の下に沈み、夏が近づくにつれて徐々に地平線の上に上がります。極地では、見かけの日の出と日の入りは数日間続くことがあります。

赤道からも極からも遠い中緯度では、昼の長さの変化は中程度です。モントリオール、パリ、ウシュアイアがある中緯度の高い地域では、夏と冬の昼の長さの違いが非常に顕著になります。夏は午後10時にも空が明るいのに、冬は午後5時には暗いことがあります。南カリフォルニア、エジプト、南アフリカがある中緯度の低い地域では、季節による違いは小さいですが、それでも冬至と夏至の昼の長さには約4時間の差があります。赤道に近づくほど、その差は顕著ではなくなります。^{[要出典]月ごとの変化の近似値は}、12分の1の法則で求めることができます。^[1]

太陽が空の最高点に達する太陽​​正午の正確な瞬間は、季節によって異なります。この変化は均時差と呼ばれ、変化の大きさは 1 年を通して約 30 分です。

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