至点

至点は、天球上で太陽が天の赤道に対して最も北または南に位置する時です。至点は毎年 6 月 20 日から 22 日頃と 12 月 20 日から 22 日頃の 2 回あります。多くの国では、一年の季節は至点と春分点を基準にして定義されます。

至点という用語は、より広い意味で、この現象が起こる日として使われることもあります。赤道や極にあまり近くない場所では、日照時間が最も長い日と最も短い日は、それぞれ夏至と冬至です。どの半球が文脈であるかが明確である用語は、「6月の至点」と「12月の至点」で、毎年どの月に起こるかを示しています。^[7]

至点という言葉は、ラテン語の sol (太陽) とsistere (静止する)に由来しています。これは、至点では太陽の赤緯が「静止する」ように見えるためです。つまり、太陽の毎日の軌道の季節的な動き(地球から見た場合) は、方向が反転する前に北または南の限界で停止します。

北極の観測者にとって、太陽は年に一度、6 月に空の最高位置に到達します。これが起こる日を 6 月の至点と呼びます。同様に、南極の観測者にとって、太陽は 12 月の至点の日に最高位置に到達します。一方の極で夏至のとき、もう一方の極では冬至です。地球は絶えず自転しているため、太陽の西方向への動きが止まることはありません。ただし、太陽の赤緯 (つまり垂直方向) の動きは、至点の瞬間に停止し、その後反転します。その意味で、至点は「太陽が立つ」ことを意味します。

この現代の科学用語は、紀元前1世紀のローマ共和国後期に使用されていたラテン語の科学用語solstitiumに由来しています。プリニウスは、その著書『博物誌』の中で、今日と同じような意味でこの語を何度も使用しています。この語には、 sol（太陽）と-stitium（停止）という2つのラテン語の形態素が含まれています。^[8] ローマ人は、空で観測される太陽の相対速度の要素を指すのに「立つ」を使用しました。相対速度とは、基準フレーム内の観測者の観点から見た物体の動きです。地上の固定位置から見ると、太陽は地球の周りを回っているように見えます。^[9]

慣性座標系にいる観測者にとって、地球は軸の周りを回転し、太陽を 1 つの焦点として楕円軌道で太陽の周りを公転しているように見えます。地球の軸は地球の軌道面に対して傾いており、この軸は星の背景に対してほとんど変化しない位置を維持しています。したがって、地球上の観測者は、自転と公転の両方の結果である太陽の軌道を観測します。

傾いた軸の回転によって生じる地球上の観測者から見た太陽の運動成分 (空間内で同じ角度を保ちながら太陽に向かったり、太陽から遠ざかったりする) は、正午の太陽高度の約 6 か月間の毎日の増分 (および横方向のオフセット) と、残りの 6 か月間の毎日の減分です。最大高度または最小高度では、地平線に垂直な太陽の相対的な年間運動が停止し、方向が反転します。

熱帯地方以外では、高度は夏至に最大となり、冬至に最小となる。太陽の軌道、すなわち黄道は、北半球と南半球の間を南北に走る。太陽が昇っている時間は、赤道付近を除いて、夏至の頃には長くなり、冬至の頃には短くなる。太陽の軌道が赤道を横切ると、緯度 +L° と −L° での夜の長さが等しくなる。これを春分点という。熱帯年には、夏至と春分点が 2 回ずつある。^[11]

太陽の赤経の変化率の変動により、赤道に非常に近い場所では、昼間の最も長い日と最も短い日が夏至と重なりません。赤道では、最も長い日は 12 月 23 日頃、最も短い日は 9 月 16 日頃です (グラフを参照)。北極圏または南極圏内では、太陽は数日間、あるいは数か月間、常に昇っています。

季節が生じるのは、地球の自転軸が軌道面（黄道面）に対して垂直ではなく、現在約 23.44° の角度（黄道傾斜角と呼ばれる）をなしており、軸が慣性参照系に対してその方向を保っているためです。その結果、1 年の半分は北半球が太陽に傾き、残りの半分は南半球がこの特徴を持ちます。地球の自転軸の傾きが最大の影響を与える 2 つの瞬間は、至点です。

6 月の至点には、太陽直下の地点は他のどの時期よりも北に位置し、北緯 23.44 度、北回帰線として知られています。同様に、12 月の至点には、太陽直下の地点は他のどの時期よりも南に位置し、南緯 23.44 度、南回帰線として知られています。太陽直下の地点は、この 2 つの極端な地点の間のすべての緯度を 1 年に 2 回だけ横切ります。

世界地図に重ねた太陽の真下点のおおよその日付と緯度。青い例はホノルルのラハイナ正午を示しています。

また、6 月の夏至には、北極圏(北緯 66.56°) では真夜中に太陽がちょうど地平線上に現れ、それより北のすべての場所では 24 時間太陽が地平線上に現れます。これが真夜中の太陽、真夏の夜の太陽、極昼です。一方、南極圏(南緯 66.56°) では正午に太陽がちょうど地平線上に現れ、それより南のすべての場所では一日中太陽が地平線上に現れません。これが極夜です。12 月の夏至には、両半球への影響が正反対になります。このため、上空の空気と周囲の海への日光不足により、極地の海氷が毎年再成長します。温帯地域の年間で最も暖かい時期と最も寒い時期は、地球の熱慣性により遅れて、夏至から約 1 か月ずれます。

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  境界線（昼と夜の区分）の向きは季節によって異なります。
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  6 月 21 日の太陽による地球の照明。地球の軌道面に対する境界線の方向を示します。
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  12 月 21 日の太陽による地球の照明。地球の軌道面に対する境界線の方向を示します。
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  北から見た地球の季節の図。右端：南半球の至点
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  南から見た地球の季節の図。左端：北半球の至点
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  正距円筒図法による地球儀で、南半球と北半球の夏至における太陽光の反射量（ワット/m ²）をそれぞれ表示します。

至点の概念は古代ギリシャの天体航法に深く根ざしていた。彼らは地球が球体であることを発見するとすぐに^{[12] 、}天球^[13]の概念を考案した。これは想像上の球面であり、その中に天体 ( ouranioi ) が固定されて回転する (現代の天球は回転しないが、その中の星は回転する)。これらの天体と地球または互いの距離について仮定が行われない限り、球体は現実のものとして受け入れられ、実際に今でも使用されている。古代ギリシャ人は太陽の立場を意味する「ηλιοστάσιο」(heliostāsio)という用語を使用している。

星は、天球の内面を、地球の軸に垂直な平行平面 [14] 上の円の円周に沿って移動します。この平行平面は、天に向かって無限に延び、天の極で天球と交差します [15]。太陽と^惑星は、これらの平行な^経路上を移動するのではなく、別の円、つまり黄道に沿って移動します。黄道の平面は、軸に対して黄道傾斜角という角度をなしており、太陽と惑星は星の経路を横切って星の間を移動します。*

クレオメデスは次のように述べている。^[16]

黄道帯( zōdiakos kuklos、「黄道帯の円」) は、熱帯円と春分点円の間に位置し、各熱帯円に 1 点で接しているため、斜角 ( loksos ) をなしています...この黄道帯には決定可能な幅 (現在は 8° に設定) があります...そのため、3 つの円で表されます。中央の円は「ヘリアカル」 ( hēliakos、「太陽の」) と呼ばれます。

ヘリアカル サークルという用語は、黄道帯の中心にある黄道を指すのに使われ、神話のテーマで名付けられた有名な星座を含む帯として考えられています。他の著者は黄道帯を黄道帯の意味で使用しています。これは、クレオメデスの一節の著者不明の注釈で初めて登場し、月も黄道帯にあり、定期的に太陽の軌道を横切ることを説明しています。これらの交差のいくつかは月の食を表しているため、太陽の軌道には、 ekleipsis (食)から派生したekleiptikos (kuklos)という同義語が与えられています。

2 つの至点は、どの特徴を強調したいかに応じて、異なる名前の組み合わせで区別できます。

• 夏至と冬至は、季節を表す最も一般的な名前です。しかし、北半球の夏は南半球の冬であり、その逆もまた同様であるため、これらは曖昧になる可能性があります。ラテン語の名前であるestival solstice (夏) とhibernal solstice (冬) は、同じ意味で使用されることがあります^[17] 。midsummerとmidwinterも同様です。
• 6月の夏至と12月の夏至は、その日が何月であるかを指し、 ^[18]どの半球の文脈であるかは明確です。しかし、すべての文化が毎年同じ月に夏至と冬至が起こる太陽暦を使用しているわけではないため、それらは普遍的ではありません（たとえば、イスラム暦やヘブライ暦ではそうではありません）。
• 北半球至と南半球至は太陽の位置を示す。^[19]北半球至は6月で、太陽は北半球で北回帰線の真上にある。南半球至は12月で、太陽は南半球で南回帰線の真上にある。^[20]これらの用語は他の惑星にも明確に使用できる。
• 蟹座の第一点と山羊座の第一点は、太陽が「入っていく」占星術の兆候を指します（古代ローマ時代の日付に根ざしたシステム）。 ^[21]春分点の歳差運動により、現在、夏至と冬至に太陽が現れる星座は、6月は牡牛座、12月は射手座です。

伝統的な東アジアの暦では、1年を24節気（節気）に分けます。夏至（中国語と日本語：夏至、韓国語： 하지 ( Haji )、ベトナム語：Hạ chí、「夏の極み」）は、10番目の節気で、夏至を示します。夏至は、太陽が天の経度90度に達したとき（6月21日頃）に始まり、太陽が天の経度105度に達したとき（7月7日頃）に終わります。夏至は、太陽が天の経度90度に正確に位置する日を指すことが多いです。

冬至 （中国語・日本語：冬至、韓国語：동지 ( Dongji)、ベトナム語：Đông chí、「冬の極み」）は、第22節気で、冬至を示します。冬至は、太陽が天の黄経270度に達したとき（12月22日頃）に始まり、太陽が黄経285度に達したとき（1月5日頃）に終わります。冬至は、太陽が天の黄経270度にちょうどある日を指すことが多いです。

東アジアの暦では、至点（春分・秋分も同様）は季節の真ん中を示します。ここでは、漢字「至」は「極端」を意味するため、至点の用語は夏と冬の頂点を直接表します。

至点という用語は、より広い意味で、そのような移行が起こる日付（日）として使用されることもあります。至点は、春分点とともに季節と関連しています。言語によっては、季節の始まりまたは区切りであると考えられ、他の言語では、中心点であると考えられています（たとえば、北半球のイングランドでは、北半球の至点の前後の期間は夏至として知られています）。キリスト教会によって聖ヨハネの日と定義されている夏至の日は、6月24日で、夏至の約3日後です。同様に、12月25日はクリスマスのお祝いの始まりであり、太陽が北半球に戻り始める日です。英国とアイルランドの伝統的な年間の主な休日および会合日である「通常の四半期日」は、多くの場合、夏至と春分点の日でした。

多くの文化では、冬至と夏至、春分と秋分、およびその中間点をさまざまな組み合わせで祝い、これらのイベントの周囲にさまざまな祝日が生まれています。南半球または冬至には、クリスマスが最も普及している現代の祝日ですが、ヤルダ、サトゥルナリア祭、カラチュン、ハヌカ、クワンザ、ユールもこの時期に祝われます。東アジアの文化では、冬至に東芝祭が祝われます。北半球または夏至には、キリスト教文化では6月23日から24日まで聖ヨハネの祝日を祝い（聖ヨハネの前夜、イヴァン・クパーラ祭を参照）、現代の異教徒はウィッカ教徒の間でリサとして知られる夏至を祝います。春分には、ペルシャのノウルーズ、ユダヤ教の過越祭、ほとんどのキリスト教会のイースターの儀式、ウィッカのオスタラなど、いくつかの春の祭りが祝われます。秋分は、ユダヤ教の祭りであるスュコットやウィッカのマボンと関連しています。

南アメリカの南端では、マプチェ族が北半球の至点の数日後の6月24日にWe Tripantu（新年）を祝います。さらに北のアタカマ族は、かつてこの日を、太陽を呼び戻す騒音祭りで祝いました。さらに東では、アイマラ族が6月21日に新年を祝います。ティワナクの太陽の門から太陽が直接輝く日の出の時に、祭りが行われます。アイマラ族の新年の祝宴は、エル・フエルテ・デ・サマイパタの遺跡を含むボリビア全土で開催されます。

ヒンズー暦では、2 つの恒星至点が、ウッタラヤナの始まりを示すマカラ サンクランティと、ダクシナヤナの始まりを示すカルカサンクランティと呼ばれています。前者は毎年 1 月 14 日頃に発生し、後者は毎年 7 月 14 日頃に発生します。これらは、恒星的に固定された黄道帯(歳差運動は無視されます)に沿って太陽がそれぞれ山羊座に対応する黄道十二宮であるマカラ、および蟹座に対応する黄道十二宮であるカルカに移動することを表します。

アムンゼン・スコット南極点基地では、太陽が最も低い位置にあり、再び戻ってくることを祝うため、毎年 6 月 21 日に真冬のパーティーを開催します。

フリーモント・ソルスティス・パレードは、毎年夏至の日に米国ワシントン州シアトルのフリーモントで開催されます。

再建されたカホキア・ウッドヘンジは、イリノイ州コリンズビル近郊のミシシッピ文化カホキア遺跡にある大きな木造円形建築物で、^{[22]毎年春分と夏至の日の出を祝う場所です。}ネイティブアメリカンの信仰を尊重するため、これらの行事ではいかなる儀式も行われません。^{[23] [24] [25]}

春分と異なり、夏至の時刻は簡単には特定できません。太陽が最大/最小赤緯に近づくにつれて、太陽​​の赤緯の変化は小さくなります。夏至の前後の数日間、赤緯の速度は 1 日あたり 30秒角未満で、これは太陽の角度サイズの1/60未満、つまり赤経のわずか 2 秒に相当します。

この差は、バーニヤを備えた六分儀のような間接的な視覚に基づく装置ではほとんど検出できず、グノモン^[26]やアストロラーベのようなより伝統的なツールでは検出不可能です。また、大気の屈折^[27]の変化による日の出/日の入り方位の変化を検出することも困難です。これらの精度の問題により、より複雑なツールを使用せずに、至点の前後3日間（または5日間）の観測に基づいて至点の日を決定することは不可能になります。

記録は残っていないが、ギリシャの天文学者は補間に基づく近似法を使ったに違いない。これは今でも一部のアマチュア天文学者によって使われている。この方法は、夏至の前後数日間の正午の赤緯角を記録し、同じ赤緯の 2 日間を探すというものである。その 2 日間が見つかったら、その 2 つの正午の中間の時刻が夏至の時刻と推定される。夏至の決定において、45 日の間隔が 1/4 日の精度まで達成できる最適な間隔であると仮定されている。^[28] 2012年に、DIO誌は、夏至の前後に太陽の等高度約S=20度（またはd=約20日）を観測することで、2つの時間の平均がq分角早くなるため、誤差のバランスが取れた1時間または2時間の精度を達成できることを発見しました。ここで、qは(πe cosA)/3度単位のSの2乗（e=地球軌道離心率、A=地球の近日点または太陽の遠地点）であり、結果のノイズは、目の鮮明さを1分角とすると、dで割った約41時間になります。

天文暦では、至点を太陽が至点を通過する瞬間、すなわち太陽の見かけの地心天経が 90°（6 月の至点）または 270°（12 月の至点）に等しいときと定義しています。 ^[29]至点の日付は毎年異なり、タイムゾーンによって 1 日早くなったり遅くなったりすることがあります。地球の公転は 365 日の暦年よりもわずかに長いため、閏日によって暦が軌道に合うように調整されるまで、至点は毎年わずかに遅くなります。したがって、至点は常に 4 年周期で 6 月 20 日から 22 日と 12 月 20 日から 23 日の間に発生し^{[30] [31]}、記事の冒頭のスケジュールに示されているように、21 日と 22 日が最も一般的な日付です。

現在のIAU公式星座境界を使用し、変化する歳差運動速度と黄道の回転を考慮すると、至点は次のように星座間を移動します^[32]（天文学上の年番号で表され、0 = 紀元前1年、-1 = 紀元前2年など）。

• 北半球の至点は、西暦-1458年に獅子座から蟹座へ、西暦-10年に双子座へ、1989年12月に牡牛座へ、そして西暦4609年に牡羊座へ移行すると予想されています。
• 南半球の至点は、西暦-130 年に山羊座から射手座へ移り、2269 年にへびつかい座へ移り、3597 年にさそり座へ移ると予想されています。

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ウィキメディア・コモンズには、至点に関連するメディアがあります。

• 春分・夏至・冬至計算機 (1600 ～ 2400)
• 「地球の季節：春分、秋分、冬至、近日点、遠日点（2000～2025年）」。米国海軍天文台、天文応用部。2015年12月9日閲覧。
• ワイスタイン、エリック (1996–2007)。「夏至」。エリック・ワイスタインの天文学の世界。2008年10 月 24 日閲覧。上の図は、うるう年の挿入に応じて、グレゴリオ暦上で夏至の日付がどのように変化するかを示しています。