日の出

日の出（または日の出）は、朝の太陽の上端が地平線上に現れる瞬間であり、^[1]太陽の軌道の始まりです。この用語は、太陽の円盤が地平線を横切るプロセス全体を指すこともあります。

太陽は地平線から「昇る」ように見えますが、実際には地球の動きが太陽の出現を引き起こしています。太陽が動いているという錯覚は、地球の観測者が回転する基準フレーム内にいることから生じます。この見かけの動きにより、多くの文化で地動説を基盤とした神話や宗教が生まれ、天文学者ニコラウス・コペルニクスが16世紀に地動説を定式化するまでこの説は一般的でした。 ^[2]

建築家バックミンスター・フラーは、太陽中心説をよりよく表すために「sunsight」と「sunclipse」という用語を提案したが、これらの用語は一般的な言葉にはなっていない。^{[3] [4]}

天文学的には、日の出は一瞬だけ、つまり太陽の上端が地平線に接する瞬間に起こります。^{[1]しかし、}日の出という用語は、一般的にこの時点の前後の両方の期間を指します。

• 薄明とは、空が明るくなりつつあるが太陽はまだ見えない朝の時間帯のことです。朝の薄明の始まりは天文夜明けと呼ばれます。
• 太陽が昇った後の期間で、印象的な色彩と大気の効果がまだ見られる。^[5]民間薄明は最も明るく、天文薄明は最も暗い。

偽日の出として知られる日の出の段階は、実際には太陽が地平線に到達する前に発生します。これは、地球の大気が太陽の像を屈折させるためです。地平線での屈折の平均量は34分角ですが、この量は大気の状態によって異なります。^[1]

また、他のほとんどの太陽測定とは異なり、日の出は太陽の中心ではなく上端が地平線を横切るように見えるときに起こります。地平線上の太陽の見かけの半径は16分角です。^[1]

これら2つの角度を組み合わせると、太陽の中心が地平線から50分下、つまり天頂から90.83°のときに日の出が起こると定義されます。 [ ^1]

日の出のタイミングは年間を通じて変化し、観測者の緯度と経度、高度、タイムゾーンによっても影響を受けます。これらの変化は、地球の軸の傾き、地球の毎日の自転、太陽の周りの惑星の年間楕円軌道の動き、地球と月が互いの周りを対になって公転することによって生じます。アナレンマを使用すると、日の出の時刻を大まかに予測できます。

晩冬から春にかけて、温帯の緯度から見ると日の出は毎日早くなり、夏至の直前に最も早くなりますが、正確な日付は緯度によって異なります。この時点以降、日の出の時刻は毎日遅くなり、冬至の直後に最も遅くなりますが、これも緯度によって異なります。冬至の日付と最も早い日の出または最も遅い日の出の時刻のずれは、地球の軌道の離心率と軸の傾きによって発生し、アナレンマによって説明され、日付を予測するために使用できます。

大気の屈折の変化により、見かけの位置が変わり、日の出の時刻が変わることがあります。極地付近では、太陽が地平線を横切る角度が非常に浅く、そのため昇るのが遅いため、時刻の変化は極端になります。^[1]

大気の屈折を考慮し、先端から測定すると、夜に比べて昼の平均継続時間がわずかに長くなります。ただし、日の出と日の入りの時刻を導き出すために使用される日の出方程式は、計算に太陽の物理的な中心を使用し、大気の屈折と太陽面によって囲まれるゼロ以外の角度を無視します。

屈折の影響と太陽の非ゼロサイズを無視すると、温帯地域では日の出は3月の春分点から9月の春分点までは必ず北東象限にあり、9月の春分点から3月の春分点までは南東象限にあります。^[6] 3月と9月の春分点には、地球上のすべての観測者にとって日の出はほぼ真東で起こります。^{[7]他の日付の日の出の}方位角の正確な計算は複雑ですが、アナレンマを使用することで合理的な精度で推定できます。

右の図は、文献^[8]の太陽幾何学ルーチンを使用して次のように計算されたものである。

1. 指定された緯度と日付に対して、経度と太陽正午の時刻をルーチンへの入力として使用して太陽の赤緯を計算します。${\displaystyle 0^{\circ}}$
2. 日の出の方程式を使用して日の出時間角度を計算します。
3. 日の出時刻を計算します。これは太陽正午の時刻から日の出時間角（度）を引いて 15 で割った値です。
4. 日の出時刻を太陽ジオメトリ ルーチンへの入力として使用して、日の出時の太陽の方位角を取得します。

右の図の興味深い特徴は、実際に毎日の日の出と日の入りが起こる地域では、明らかな半球対称性があることです。

この対称性は、日の出方程式の半球関係を文献^[8]で提示された太陽ベクトルのx成分とy成分に適用すると明らかになります。

空気分子と浮遊粒子は、太陽光が地球の大気圏を通過する際に白色散乱を引き起こします。これはレイリー散乱とミー散乱の組み合わせによって起こります。^[9]

白い太陽光線が大気中を伝わって観測者に届くと、空気分子や浮遊粒子によって一部の色が散乱し、観測者が見る光線の最終的な色が変わります。青や緑などの短波長成分はより強く散乱するため、これらの色は優先的に光線から除去されます。^[9]

日の出と日の入りの際には、大気中の経路が長くなるため、青と緑の成分はほぼ完全に除去され、その時に見られる長波長のオレンジと赤の色合いが残ります。残った赤くなった太陽光は、雲粒やその他の比較的大きな粒子によって散乱され、地平線を赤とオレンジに照らします。^[10] 短波長の光が除去されるのは、可視光の波長よりもはるかに小さい空気分子や粒子（直径50 nm未満）によるレイリー散乱によるものです。^{[11] [12]} 直径が太陽光の波長と同等かそれより大きい雲粒やその他の粒子（600 nm以上）による散乱は、ミー散乱によるもので、波長に強く依存しません。ミー散乱は、雲によって散乱される光の原因であり、また、太陽の周りの昼間の白色光のハロー（白色光の前方散乱）の原因でもあります。^{[13] [14] [15]}

夕焼けの色は、一般的に日の出の色よりも鮮やかである。これは夕方の空気には朝の空気よりも多くの粒子が含まれているからである。[ ^{9] [10] [12] [15]}対流圏内に閉じ込められた火山噴火の灰は、日の出と日の入りの色を和らげる傾向があるが、代わりに成層圏に持ち上げられた火山噴出物（微細な硫酸滴の薄い雲として）は、残光や日の出前の光と呼ばれる美しい日没後の色を生み出すことができる。 1991年のピナツボ山や1883年のクラカタウ火山の噴火を含むいくつかの噴火は、成層圏の十分に高い位置に硫酸の雲を生成し、世界中で見事な夕焼けの残光（および日の出前の光）を生み出した。高高度の雲は、日没後も成層圏に当たっている強く赤くなった太陽光を地表まで反射する役割を果たす。

• 大気の屈折により、太陽は地平線の下にあるにもかかわらず見えるようになります。
• 太陽の円盤の下端からの光は、上端からの光よりも屈折が大きくなります。これにより、太陽が地平線のすぐ上に現れるときの見かけの高さが低くなります。幅は影響を受けないため、太陽は高さよりも幅が広く見えます。
• 日の出時の太陽は、月の錯覚と同様に、空のより高い位置にあるときよりも大きく見えます。
• 太陽は地平線の上に昇り、地球の周りを回っているように見えますが、実際には地球が回転しており、太陽は固定されています。この効果は、地球上の観測者が回転する基準フレーム内にいるという事実によって生じます。
• 時折、偽日の出が発生し、光学現象のハロー群に属する非常に特殊な種類の日照現象が示されます。
• 日の出直前や日没後に、グリーンフラッシュが見られることがあります。これは、太陽の上に緑色の点が見える光学現象で、通常は1〜2秒程度です。^[16]

WikiquoteにSunriseに関連する引用があります。

ウィキメディア・コモンズには、日の出に関連するメディアがあります。

• 空の色の完全な物理的説明、簡単な言葉で
• 日の出、日の入り、正午、薄暮（夜明けと夕暮れ）、太陽の位置（方位角と高度）の VBA 関数を含む Excel ワークブック
• さまざまな都市の太陽データ