春分と秋分の日に昼と夜の長さがぴったり同じにならない理由とは？太陽の光の屈曲現象と日の出の定義に基づく説明

春分と秋分と呼ばれる日は、一年のなかで太陽は真東から昇って真西へと沈んでいく日にあたり、そうした春分と秋分の日には、

天体同士の位置関係においては、太陽が地平線の上に昇っている時間と太陽が地平線の下に沈んでいる時間が同じ長さになるはずなので、

一般的には、こうした春分と秋分と呼ばれる日は、一日における日の出から日の入りまでの昼の長さと、日の入りから翌日の日の出までの夜の長さが理論上は等しくなる日としても位置づけられることになるのですが、

その一方で、

地球上における実際の観測においては、こうした春分と秋分の日における昼と夜の長さはぴったり同じ長さというわけではなく、実際には、昼の長さの方が14分ほど長くなってしまうと考えられることになります。

それでは、このように、

天体そのものの位置関係においては、太陽が地平線の上に昇っている時間と太陽が地平線の下に沈んでいる時間がぴったり同じ長さになるはずの春分と秋分の日において、

実際の観測においては、昼と夜の長さがぴったり同じ長さにはならずに、昼の長さの方が14分ほど長いように観測されてしまうことになるのには具体的にどのような理由があると考えられることになるのでしょうか？

地球の大気がもたらす太陽の光の屈曲現象による日の出が観測される時刻のずれ

そうすると、まず、

こうした、春分と秋分の日において昼と夜の長さがぴったり同じ長さにならないことの最大の原因としては、

地球の大気によってもたらされることになる太陽の光の屈曲現象がその大きな要因として挙げられることになると考えられることになります。

例えば、

お風呂に入っているときに、お湯の中に指をまっすぐに入れていくと、空気と水との間の光の屈折率の差によって、指が短くなって見えるといった現象が引き起こされることがありますが、

ちょうどそれと同じように、太陽の光が地球へと到達する際、

それまで真空のなかを進んできた太陽の光が地球の大気の層にぶつかることになり、真空と地球の大気との間の光の屈折率の差によって、太陽の光が折れ曲がって地球上の観測地点へと到達することになると考えられることになります。

そして、こうした地球の大気がもたらす太陽の光の屈曲現象によって、

地球から見て太陽が地平線へと昇ってくる際には、実際の太陽の位置よりも地球から見た太陽の姿の方が少し上方に観測されることで日の出の時刻が早くなってしまうことになると考えられることになるのです。

日の出や日の入りといった言葉自体の定義に基づく一般的な天体の出没時刻と太陽の出没時刻の基準ずれ

また、そのほかにも、

こうした一年のなかで春分と秋分の日において昼と夜の長さがぴったり同じ長さにならないことの具体的な理由としては、

日の出や日の入りといった言葉自体の定義のあり方にもその大きな要因を求めることができると考えられることになります。

天文学の分野においては、通常の場合、

夜空に輝く星々などの一般的な天体の出没の時刻については、天体の中心が地平線と接した瞬間がそれぞれの天体の出没時刻とされることになるのですが、

その一方で、詳しくは「日の出と日の入りの正確な定義とは？」の記事において考察したように、

太陽の出没の時刻については、太陽の中心ではなく、太陽の上端が明け方に東の空の地平線と接した瞬間が日の出の時刻として定義されることになり、それと同じく、太陽の上端が夕方に西の空の地平線と接した瞬間が日の入りの時刻として定義されることになります。

したがって、

こうした天文学の分野における日の出や日の入りといった言葉自体の定義のあり方に基づいた場合、

太陽の中心が地平線へと達する前に太陽の上端が地平線と達した時点で日の出が訪れた見なされることによって、天体の中心を基準とした通常の天体における出没時刻の場合よりも、日の出の時刻が早くなってしまうことになると考えられることになるのです。

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以上のように、

春分と秋分と呼ばれる一年のなかで太陽は真東から昇って真西へと沈んでいくことになる日において、地球上からの観測においては、実際には昼と夜の長さがぴったり同じ長さにはならない具体的な理由としては、

①地球の大気がもたらす太陽の光の屈曲現象
②太陽の上端を基準とする日の出と日の入りという言葉自体の定義

という二つの要因に基づいて、実際の天体の位置関係よりも地球上からの観測において日の出の時刻がより早く観測されてしまうことによって、

こうした春分と秋分の日には、昼と夜の長さがぴったり同じ長さではなく、実際には昼の長さの方が14分ほど長いように観測されてしまうことになると考えられることになるのです。

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次回記事：春分と秋分の違いとは？二十四節気と現代の暦における春分と秋分の位置づけと天文学における春分点と秋分点の厳密な定義

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前回記事：冬至とは何か？天文学の厳密な意味における冬至の瞬間の定義と冬至の日が一年で一番日の出が遅い日にならない理由

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