季節は、なぜ生まれるのか

01 · もっともらしい説を試す

距離だけでは南北半球を説明できない

現在の地球では、太陽への最近距離と最遠距離の差は約510万キロメートル、割合にして3.4％です。

地球は1月初めに近日点、7月初めに遠日点を通ります。北半球では、太陽に最も近いころが冬で、最も遠いころが夏です。さらに重要なのは、一つの地球と太陽の距離が、同時に北の夏と南の冬を作ることはできない点です。

季節の原因なら、同じ距離にある一つの惑星で反対の季節が起きる理由まで説明できなければなりません。

02 · 公転とともに運ばれる幾何

地軸は、ほぼ同じ方向を向き続ける

地球の自転軸は、公転面に対して約23.4度傾いています。

地球が太陽を回っても、地軸は遠方のほぼ同じ方向を向きます。そのため半年たつと、同じ北極が公転軌道の片側では太陽側へ、反対側では太陽から離れる側へ傾きます。

03 · 集中する光、広がる光

太陽が高いほど、同じ光が狭い面積へ届く

光が地面に近い直角で届くと、同じ幅の光線は小さな面積へ集中します。斜めに届くと、より広い面積へ広がり、大気中を通る距離も長くなります。

夏に太陽自体が局所的に熱くなるのではありません。幾何によって、地表1平方メートルが受け取るエネルギーが変わります。

04 · 時間も効く

夏は、地面を温める時間も長い

傾きは太陽の一日の通り道も変えます。夏の半球では日の出が早く、日の入りが遅く、太陽も高く昇ります。強い日射がより長く続くため、角度の効果に時間の効果が重なります。

赤道付近では昼の長さや太陽高度の季節変化が小さく、極に近づくほど差が大きくなり、白夜や極夜に至ります。

05 · 一つの傾き、二つの季節

南北半球は有利な側を交代する

6月の至点ごろ、北半球は太陽側へ、南半球は反対側へ傾きます。12月ごろは配置が逆転します。春分・秋分ごろは、どちらの半球も太陽側へ大きく傾きません。

軌道を極端な楕円に描く必要はありません。ほぼ円形の軌道と傾いた地軸だけで、季節の基本形を説明できます。

06 · 至点が最も暑い日とは限らない

海と地面が熱を蓄える

多くの緯度では夏至ごろに入射エネルギーが最大になりますが、気温のピークは数週間遅れることがあります。地表や海は、吸収する熱が放出する熱を上回る間、温まり続けるからです。

この熱的な遅れのため、天文学上の季節と実際の天気は同時には切り替わりません。雲、海流、地形、土地被覆も結果を変えます。

07 · 影から軌道へ

季節の幾何は、測れる仕組みになった

古代の暦は、地動説よりはるか以前から至点・分点と日の出位置の移動を追跡しました。のちに軌道力学が、その繰り返しを傾いた地球の自転と公転へ結びつけました。

ほかの惑星では、地軸の傾きと軌道の楕円率が異なる割合で働きます。地球の四季は、より広い惑星の幾何の一例です。