太陽時：見かけの太陽時・平均太陽時・均時差と恒星時

見かけの太陽時と平均太陽時

見かけの太陽時は太陽の実際に観測される位置に基づくため、日時計から直接読み取ることができる。しかし、太陽の黄道に沿った見かけの速度は変化するので、見かけの太陽時は一様ではない。一様な市民日を得るため、天文学者は、天の赤道に沿って一定の速度で動く架空の「平均太陽」を用いて平均太陽時を定義する。平均太陽時は、時計で用いられる慣習的な24時間の日を与え、グリニッジ平均時などの歴史的な標準の基礎となった。

変動の原因と均時差

見かけの太陽日の長さは、主として地球の軌道が楕円形であることによる公転速度の変化と、地球の自転軸が公転面に対して傾いていることによる太陽の赤緯の変化のため、一年を通じて変動する。見かけの太陽時と平均太陽時の差は均時差と呼ばれる。その値は一年を通じて予測可能な形で変化し、最大でおよそ15分に達することがある。これを暦日に対してプロットすると、アナレンマとして知られる、なじみ深い8の字形の曲線になる。

太陽日と恒星日

恒星日は、太陽ではなく遠方の恒星に対する地球の自転を測る。地球は自転しながら軌道上を進むため、太陽は恒星に対して毎日わずかに位置を変えて見える。このため恒星日は平均太陽日より約4分短く、長さは約23時間56分である。この区別は、望遠鏡の指向や、太陽に基づく座標系と恒星に基づく座標系の間の換算において、天文学上重要である。

日時計、補正と地方時

日時計が示すのは見かけの太陽時である。日時計の読みを時計時刻と比較するには、均時差に加え、日時計の設置地点と時計の基準子午線（標準時帯）との経度差を補正しなければならない。経度の差は、経度1度につき太陽時をおよそ4分変化させる。歴史的には地方太陽時が日常生活を支配していたが、19世紀になると鉄道と電気通信を契機として標準時帯が採用されるようになった。

市民時、世界時と現代の運用

現代の市民時が平均太陽時と結び付いているのは歴史的な意味においてのみである。世界時（UT）は地球の自転に基づき、グリニッジにおける平均太陽時に近似する。現在の国際標準である協定世界時（UTC）は原子時計によって維持され、地球自転の不規則性を考慮して、必要に応じてうるう秒を挿入することでUTとの差をおよそ1秒以内に保っている。時間帯は地方太陽時ではなく広い地域に共通の市民時を割り当てるため、時計上の正午が地方太陽正午と一致するとは限らない。

用途と歴史的意義

• 日時計と太陽観測は最も早期に実用化された時計であり、現在も教育用および装飾用の器具として用いられている。
• 航海と天文学では、経度の決定や天体の位置特定のために、太陽時と恒星時の換算が利用された。
• 太陽時を理解することは、日の出、太陽正午、日の入りが季節とともに移り変わる理由、ならびに時計時刻が見かけの太陽時と異なる理由を明らかにする。

太陽時は、天文学、歴史研究、日時計の設計において、また地球の自転と公転、そして身近な昼夜の循環の関係を説明するうえで、現在も有用な概念的・実用的な手段であり続けている。