太陽の南中と方位
日本ではどの季節でも太陽は南の方位で南中します。これにより、東西南北の方位を特定できます。
夏至の日の出：東よりも北寄りから昇る
冬至の日の入り：南西方向に沈む
真東→真西
北東→北西
真東→真西
南東→南西
影の動きと季節
太陽の位置によって影の方向と長さが変わります。
影は西に伸びる
（太陽が東）
影は東に伸びる
（太陽が西）
南中時の影は短い
（太陽が高い）
南中時の影は長い
（太陽が低い）
影の移動方向：常に西から東へ移動する
太陽が東から西へ移動して見えるのは地球が西から東に自転しているため
太陽は動いているように見えるが、実際は私たちが動いている！
季節の変化と地球の公転
地球の公転は反時計回りで、これにより四季が生まれます。
冬より夏の方が気温が高い理由：
- ☀️ 太陽が高い（日射が強い）
- ⏰ 昼が長い（日射時間が長い）
※地球と太陽の距離はほとんど影響しない
太陽の南中高度の計算
23.4度は地球の地軸の傾きです
生物の形態と技術応用
自然界の仕組みを人間の技術に応用することをバイオミメティクス（生物模倣）と呼びます。
カワセミのくちばし → 新幹線の先頭部分
水の抵抗を受けにくい形状が空気抵抗の低減に役立つ
フクロウの翼 → 新幹線のパンタグラフ
特殊な羽の構造で音がほとんどしない → 騒音低減技術に活用
ツバメの尾の形状 → 燕尾服のデザイン
体長は約17cmと小さいが、羽を広げると大きく見える
ツバメは春に北へ渡り、夏を北で過ごし、子育てをします。
緯度・経度と太陽の動き
緯度
南北のずれ
基準：赤道（0度）
経度
東西のずれ
基準：本初子午線（0度）
組み合わせ
地球上の特定地点を特定できる
南中時刻が変わる
15度 = 1時間の時差
南中高度が変わる
昼の長さが変わる
日本の標準時は東経135度（明石）
→ グリニッジより9時間進んでいる
気温・地温の測定
太陽高度は垂直方向と太陽の方向の角度を測ります。
百葉箱の工夫
- 白色塗装（熱の吸収を防ぐ）
- 二重構造（断熱効果）
- よろい戸（風通しをよくする）
地温を測る際は感部を地面に挿し、直射日光を避ける必要があります。
時差の計算
東へ行くほど → 時刻は進む（早くなる）
西へ行くほど → 時刻は遅れる（遅くなる）
15度の経度差 = 1時間の時差
日付変更線を通過する際には日付の調整が必要です。
初日の出
初日の出の時刻は経度だけでなく緯度にも影響されます。
冬至の頃は高緯度地域ほど日の出が遅く、昼の長さも短い
→ 必ずしも東端が最も早いとは限らない！
太陽と地球についてのQ&A
Q: 日本における太陽の南中について、季節によってどのように変わりますか？
A: どの季節でも南の方角で南中するが、南中高度は季節によって異なる。夏至は最も高く、冬至は最も低い。
Q: 季節によって太陽の出る時刻や沈む時刻が異なるのはなぜですか？
A: 地球が地軸を約23.4度傾けたまま太陽の周りを公転しているため。
Q: 日時計の影の伸びる方向は、季節や時間帯によってどのように変化しますか？
A: 正午は北に短く、午前は西に、午後は東に伸びる。夏は影が短く、冬は長い。
理解度確認クイズ
クイズ例：
- 日本ではどの季節でも、太陽は南の方向で最も高くなります。このことから、方角はどのように決まりますか？
- 春分・秋分の日の太陽は、真東から昇り真西に沈みます。夏至の日、日の出の方向は東よりも北寄りになりますが、冬至の日の日の入りの方向はどのようになりますか？
- 午前中の早い時間に南の方向に影が伸びている場合、太陽はどの方角にあると考えられますか？
クイズ解答例：
- 太陽が南中する方向が南であるため、南を基準として東西南北が決まります。
- 冬至の日の日の入りは、真西よりも南寄りになります。
- 南に影が伸びているということは、太陽は北の方角にあると考えられます。
重要用語集
天体が天球上の子午線を通過し、その日の最高高度になる現象
一年で昼が最も長く、夜が最も短い日（6月21日頃）
一年で夜が最も長く、昼が最も短い日（12月22日頃）
昼と夜の長さがほぼ等しくなる日（3月21日頃）
昼と夜の長さがほぼ等しくなる日（9月23日頃）
赤道から南北への角度（赤道0度、北極90度北緯）
本初子午線から東西への角度（イギリス0度、東西180度まで）
生物の構造や機能を参考に新技術を開発する学問
考察問題
考察問題例：
- 異なる緯度の地域（例えば、赤道直下、日本、北極圏）における、季節ごとの太陽の南中高度、日の出・日の入りの時刻、昼の長さはどのように異なるのか？
- 地球の自転軸の傾き（約23.4度）が、地球上の気候や季節の変化にどのような影響を与えているのか？
- 日本における標準時が東経135度（兵庫県明石市）に設定されている理由について考察。