太陽が真上に見える場所と時期



　地球は地軸の向きを保ったまま太陽の周りを公転する。　四季の訪れは地軸の傾きによる ことはよく知られている。　地面を照らす太陽の高度（地平からの角度）に応じて単位面積あたりで受けるエネルギー量が変わるからである。


　地球を止めて考えてみると、太陽が公転面内で地球の周りを回ることになる。
　図はその様子を表しており、公転面は地球の中心を通り、画面に垂直になっている。　太陽と地球の中心を結ぶ直線に注目したい。　それと地球の表面の交点では、太陽が真上に来るように見えている。　交点に人を立たせてみれば分かりやすい。　夏至などでの交点を赤丸で示す。　青矢印は太陽光線に対応する。

　図では、たとえば夏至は一点で表されているが、地球が自転するので、北回帰線上は同じように太陽が真上に来る。　もちろん、南中時、昼の12時にである。
　冬至には南回帰線上で、春分には赤道上で太陽が真上に来る。　冬至から春分を経て夏至まで、交点の緯度は南緯 23.4° から ０° を経て北緯 23.4° へと移り変わっていく。　その後は秋分を経て冬至に戻る。　赤点線は交点の軌跡であり、図では直線に見えているが、地表に沿った円である。
　
　結局、北緯 23.4°〜南緯 23.4° の範囲なら どこでも 太陽が真上に来ることがあることになる。　そして、ふつうは年に二度起こる。　ある緯度に注目したとき、赤点線が示す円の手前と奥の２点がある。　たとえば、北緯 23° だと、夏至の少し前と、少し後に起こる。　緯度 0° の赤道上なら春分と秋分の二度である。
　ところが、北回帰線上は夏至のときだけで、南回帰線上は冬至のときだけであり、年に一度の方が特殊と言える（数学で言えば、重解となっている)。


　「地球を止めて」、つまり、地球から見た太陽の運動を考えたことにより、太陽が真上に来るという状況がグッと把握しやすくなっている。　内容は地学かもしれないが、動いているものから見た相対運動に注目するのは、物理において切れ味鋭い手法 である。

　以上は、言わば 天動説である。　地動説に敗北した見方の方が 理解しやすいこともある、というのは面白い。