太陽はどうして東からのぼるの？

仕組みの科学

太陽が東から出て西へ沈む理由は、地球の自転という一点に集約される。国立科学博物館の解説は、太陽だけでなく月も星も同じように東から出て西へ沈むと述べ、これを日周運動と呼んでいる。そして日周運動は、地球が西から東へ一日に一回自転しているために起こると明記する。つまり見かけの動きの向きは、自転の向きの裏返しである。国立天文台も、地球は北極と南極を結ぶ軸のまわりを一日に一回転しており、この回転を自転というと説明している。ここで多くの人が引っかかるのが、なぜ回転を感じないのかという問題だ。国立科学博物館はこれを電車のたとえで説明する。電車の乗客は電車やその中の空気と同じ速度で動いているので、立っていることができ、強い風を感じることもない。地球でも同じで、自転速度は赤道上で毎秒465メートルにもなるが、地球の上の人間も空気も海もみんな地球と同じ速度でまわっているため、私たちはそれを感じることはない。さらに、回転軸である地軸に注目すると別の景色が見えてくる。同解説によれば、地軸を北にずっとのばした方向にある星が北極星であり、北極星やその近くの星はいくらまわっても地平線まで下がることがない。こうした星は周極星と呼ばれる。東から出て西に沈む星と、沈まない星。どちらも同じひとつの回転が生んだ姿なのだ。

歴史と発見

毎朝東から太陽が現れるという事実は、人類が最初に手にした確実な周期のひとつだった。だが「なぜ回り続けるのか」に答えるには、力の考え方が必要になる。国立天文台の解説はここを丁寧に扱っている。地球もコマと同じように回転をしているが、机の上に乗っているわけではなく、他の物体とは接触することなく回っている。そして、回転運動も含めてすべての運動は、それを妨げる力が働かない限り、同じ運動状態がずっと続く。これが慣性の法則である。太陽や月や、他の惑星などの力は地球に働いているが、どの力も地球の回転を止める方向の力ではないために、自転の速さはほとんど変化しない。摩擦のない空間に置かれたコマ、というイメージが実態に近い。もうひとつ、素朴な感覚が裏切られる例を国立天文台暦計算室が挙げている。ある地点の東西の方向を、同じ緯度を結んだ緯線が表していると誤解する人は多い。しかし地球は丸く、ある地点での南北は経線の方向、東西はそれに垂直な方向として定義される。この違いを踏まえると、春秋分の日にはどこから見ても太陽はほぼ真東の方向に見えるという結論が導かれる。素朴な観察を、球面という舞台の上で組み直す作業が、天文学の出発点だった。

もう一歩先

「太陽は東からのぼる」は正しいが、厳密には毎日少しずつ場所がずれている。国立天文台暦計算室は、どこから見ても春秋分には太陽はほぼ真東の方向に見えると説明する。裏を返せば、真東に近づくのは春分と秋分のころだけで、それ以外の季節には北寄りや南寄りにずれていく。秋の観察には、もうひとつ味わい深い手がかりがある。同暦計算室は、日の出入り時刻の変化が季節によって対称にならないことを指摘し、秋の日の入りの時刻は急速に変化すると述べている。「秋の陽はつるべ落とし」という言い回しは、この非対称を言い当てていたわけだ。理由は二つの効果の重ね合わせにある。季節により太陽の南中高度が変化し、同時に南中時も変化する。南中高度が高くなれば日の出は早く日の入りは遅くなり、南中時が早くなれば日の出も日の入りも早くなる。この二つを総合したものが、日の出入りの最も早い日・遅い日を決めている。だから日の入りが最も早くなるのは冬至の十日前くらいで、冬至や夏至はピークにならない。手を動かす観察としては、同じ窓から見える日の出の位置に印をつけ、一週間ごとに比べるのが最も分かりやすい。回っているのは自分のほうだ、という感覚が少しずつ育ってくる。