影と太陽

太陽の動きや、時間の経過とともに変化する影の様子を学ぶ。

影は、太陽と反対側にできます。太陽が低い位置にある朝方や夕方に影は長くなり、太陽が南中する時（正午ごろ）に影は最も短くなります。このときの太陽の高度を「南中高度」と言います。また、太陽の高さが1日を通して変わることを「太陽の日周運動」といい、これは地球が自転していることが原因です。

さらに、地球は地軸を約23.4°傾けたまま、太陽の周りを1年かけて1周（公転）しています。これによって南中高度は季節によって変化します。栃木県（宇都宮市）では、夏至の日には、太陽が最も高く昇り（76.8°）、影が最も短くなります。一方、冬至の日には太陽が最も低くなり（30.0°）、影は最も長くなります。

地球に季節がある主な原因は、地軸が傾いていることです。春分や秋分の日には、極域以外の地域では昼と夜の長さがほぼ等しくなります。北半球では、夏季に太陽が空高く昇り、夏至の日に昼が最も長くなります。また、冬至の日には太陽は低くまでしか昇らず、昼が最も短くなります。栃木県辺りでは、夏至の日の昼の長さは冬至の日よりおよそ5時間も長くなります。

一方、北緯66度以北の北極圏などの高緯度地域では、昼夜の長さの違いが極端になり、特有の現象が起こります。夏至の前後、これらの地域では太陽が一日中沈まない「白夜」が起こり、冬至の前後には太陽が一日中昇らない「極夜」が訪れるのです。これらの現象も、地球が太陽の周りを公転し、かつ地軸が傾いているからこそ起こる現象です。