第５３回愛媛県児童・生徒理科研究作品特別賞〈愛媛県知事賞〉

太陽の南中時刻と方位の研究
松山市立新玉小学校

１森
指導教諭 松 木

第３学年

信亮
幸はじめに・観測の動機
去年「太陽とかげの観測」をして、太陽の南中時刻はいつも１２時ではないことが分かった。そして、去年、国立天文台の臼田先生に質問に行った時、南中時刻は１年間で８の字になると聞いた。それで、今年は、太陽の南中時刻の観測をしようと思った。
２

観測に必要な物
太陽の高度・方位をはかる機械（右写真）、それをのせる台と缶、方位磁石、記録用紙、時計、地図、カメラ、計算機、ものさし

３

観測場所
平成２
６年１１月２２日〜平成２
７年５月２日↓

５月４日 ２００メートル北西に引っ越し

平成２
７年５月９日〜平成２
７年８月２７日
４

自宅屋上（４階）
自宅マンションベランダ（１３階）

観測方法
週に１回くらい、ＡＭ１
１時４０分〜ＰＭ１
２時３０分ころの間、１０分ごとに、高度・方位をはかり、太陽が南中になる時を待って、９０度の時刻をしっかり記録する。

５

ぼくの予想
南中時刻の予想は８の字か、∞の字なのか、全く分からない。この予想はとてもむずかしい。だから、予想は無理だと思った。

６

記録のまとめ⑴

観測時刻と方位機械で、高度・方位をはかり、コピーした分度器の紙に、観測時刻と方位を記入した。

⑵

南中時刻前後の太陽の高さ・方位
南中時刻前後の太陽の高さ・方位を観測し、表にまとめた。

⑶

南中時刻前後の太陽の高さ
南中時刻前後の太陽の高さを、資料１のようにグラフにまとめた。縦軸が高さ、横軸を時刻にした。観測は３１回。

（資料１）南中時刻前後の太陽の高さ

７

東京の南中時刻と太陽の位置
理科年表を見て、東京の南中時刻と太陽の高さを書いてみた。縦軸を高さ、横軸を時刻にした。すると、資料２のような、８の字になった。

８

ぼくのぎもん①
観測を始めて、４カ月経過したとき、１１月〜３月のグラフは資料３の線のようになった。また、南中時刻は、東京は早く、松山は１２時を過ぎていた。ぼ（資料２）東京の南中時刻と太陽の高さ（理科年表より）くの観測はこれでだいじょうぶなのか、不安になった。
９

東京・国立天文台へ
ぎもん①を解決するために、平成２７年３月末に、東京都三鷹市にある国立天文台に行き、臼田先生に以下のことを教えてもらった。
・

このまま観測を続けていい。

・

東京と松山がなぜ同じ時刻にならないか、考えてみたらいい。
→日本地図で、東経の違いを見てみて！

・

（資料３）

経度が違うから、南中時刻は世界でも差がある。
→地図で勉強をしてみるといい。均時差も分かるよ。
均時差は難しいので、もう少し大きくなってから勉強しようと思った。

１
０ 東経の勉強
地図を買って臼田先生に教えてもらった東経の勉強をした。
日本地図を見て、縦の線は「東経」、横の線は「北い」だと分かった。
東経の違いによって、南中時刻に違いが出てくるのか考えてみた。
東京の経度の計算をしてみた。
買ってきた地図で見ると、経度１°分の長さは９㎝。東京の経度は、９㎝の中の６㎝分だから、６÷９の計算をして、１３９°にプラスをした。計算すると、東京の経度は、１３９．
６６°になった。
松山の経度も計算をした。経度１°分の長さは８．
２㎝。８．
２㎝の中 の６㎝分だ か ら、６÷８．
２の計算をして、１３２°にプラスをした。松山の経度は、１３２．
７５°になった。
＊経度の計算は計算機を使用した。

１
１ 東京と松山の南中時刻の違い
松山は東京より南中時刻が遅いことが分かった。
ぼくの計算では、１３９．
６６°
−１３２．
７５°＝６．
９１°

経度で６．
９１°違うことが分かった。

たとえば、１２月２３日（冬至）の時、南中時刻は、松山は１２時１０分、東京は１１時３９分なので、松山は３１分遅いことが分かった。
そこで、経度１°で、どれくらい違うか、計算した。

３１分÷６．
９１°＝４．
４９分計算をすると、１°で、だいたい５分くらい違うことが分かった。
１２ ぼくのぎもん②
５月にぼくは引っ越しをし、観測をする場所も観測をする階（４階→１３階）も変わった。このまま観測をしても大丈夫か心配になった。
また、３月と比べると、資料４のように、少しずつ線が上がってきていて、Ｓの形になってきていた。これでいいのか、ぎもんに思った。
（資料４）１
３ 久万高原天体観測館へ
平成２
７年６月１４日に、久万高原天体観測館へ行き、中村先生と藤田先生に、ぼくのぎもん②について、教えてもらった。
・

観測場所の違いは、全く心配ない。太陽とのきょりの差も計算できないくらい。

・Ｓの字の形は今は太陽の動きが小さく、高さが高くなる時なので、この結果で大丈夫。

１４ 松山の南中時刻と太陽の高さ
ぼくの観測でできた南中時刻のグラフ（資料５）。
縦軸が高さ、横軸を時刻にした。実際に観測してみると、なめらかな曲線にはならず、ガタガタになった。
１５ ぼくのぎもん③観測を続けていると、またまたぎもんが、わいてきた。
どうして、南中時刻のグラフが８の字になるのか。
８の字の上と下の○の大きさがちがうのは、なぜなの（資料５）か。
１
６ 西はりま天文台へ

ぎもん③を解決するために、平成２７年６月末に、西はりま天文台に行き、鳴沢先生から、８の字について、下記のように教えてもらった。
太陽は地球が１年間で回る軌道の中心ではなく、右によっている（資料６）。だから、太陽に近い冬は太陽の動きが大きくて、太陽から遠い夏は動きが小さい。春と秋は、８の字（資料６）の交わったところになるので（資料７）、このような８の字になる。でも、これは、北半球のこと。引力と遠心力も関係している。
また、観測はこのまま続けて大丈夫、と言ってもらえた。最後に、「正午のデータをグラフにしてみるといい。横軸が方位、縦軸が高さだよ」とアドバイスをもらった。
（資料７）

１７ １
２時（正午）の太陽の高さと方位「よし、これでまた新しい研究ができる！」と思い、鳴沢先生のアドバイス通り、グラフにしてみた（資料８）。８０°と８５°のところに点が集まっているが、大きな８の字のようにも見えた。これでいいのか不安になった。
そこで、鳴沢先生にお手紙を書き、質問をした。すると、鳴沢先生から、メッセージが届いた。「自分で観察したなら、間違いないと思います。自信をもってください。
」と言って

（資料８）

もらえたので、「よかった！」と思った。
１
８ 観測の結果
・

松山の南中時刻をグラフにすると、理科年表の数値でつくった東京のグラフのように、きれいな８の字にはならなかった。しかし、なんとか・この形になった。

経度により、時刻が違うことが分かった。
東京と松山では、経度で６．
９１°、南中時刻で３１分違っていた。

・

経度１°の違いは、４．
４９分（だいたい５分）。
東京と松山は、日の出・日の入り・南中時刻がだいだい３０分遅いことが分かった。

・

１年間の地球の動きである軌道の中にある太陽の位置が、右に寄っていた。そのため８の字の上の○は小さく、下の○が大きくなることが分かった。

・

南中時刻は１年間で、遅くなったり、早くなったりをくり返していた。

１９ 感想と反省・一年間を通しての観測は、とても根気がいった。

・

観測を続けていると、「なぜ？」「どうして？」「これでいいのか？」「不安だな」の連続で、途中でやめようかと思ったこともあった。
・

そんな時に、天文台に行って、お忙しい中、先生方から、分かりやすく、ていねいに教えてもらえたので、がんばることができた。先生方、ありがとうございました。

・

この研究をまとめるのは、すごくしんどかった。しかし、ぼくなりの研究ができたので、今は満足している。努力は大事だな、と思った。
【参考文献】【質問に行ったところ】

・理科年表 ２０１５年

・国立天文台・基本地図帳 ２０１５〜２０１６年

・久万高原天体観測館 …… 中村先生

・小学館の図鑑ＮＥＯ宇宙…… 臼田先生
藤田先生

・西はりま天文台…… 鳴沢先生