毎日同じ時刻に撮影した太陽の写真は、ここに見られるような視覚的なパターンをもたらす。 この8の字に挟まれたような形は、宇宙空間における地球の軌道の様々な要因によるものです。
César Cantú / AstroColors
一日中いつでも、理論的にはカメラをセットして、空における太陽の見かけ上の位置を網羅する風景の写真を撮影することができるのです。 翌日、24時間後にまったく同じ時間に戻ってきたら、太陽の位置が微妙に変わっていることに気づくでしょう。
- 地球が1年前の軌道の同じ地点に戻ってきたように、太陽もついに出発点に戻ったのです。
- あなたがなぞった形は、8の字に片方の輪が大きくなったような、我々のアナレンマとして知られる形になっています。 地球が太陽の周りを1年に1回公転していることで、最初の部分は説明できますが、太陽がその特殊なアナルンマの形で運動するのは、深い理由が重なっているからなのです。 その理由を探ってみましょう。
太陽の周りを公転する地球、その回転軸を示す。
Wikimedia commons user Tauʻolunga
太陽の見かけの動きの最初の大きな要因は、地球が軸を傾けた状態で太陽の周りを回っていることです。 地球の軸は約23.5度傾いているため、1年を通してさまざまな場所で太陽を見ることができ、地平線上の高い位置や低い位置に太陽があることがわかります。
地球の半分が親星に対して傾いている場合、太陽の最大位置は天頂に近づき、高く昇り、平均より多くの日照時間が得られます。
夏至の日に太陽が空を通る経路は、赤道近くの緯度20・・・度（左）と、赤道から遠い緯度70度（右）で大きく異なる。
Wikimedia Commons user Tauʻolunga
一般に、地球上では太陽は東から昇り、赤道方向に頭上高く上がり、西に下がって沈むように見えます。
- 南緯23.5度より南側では、6月夏至が太陽の最も短く低い位置にあり、12月夏至が最も長く高い位置にある。
- 北緯23.5度より北側では、12月夏至が太陽の最も短く低い位置にあり、6月夏至が最も長く高い位置にある。南緯23.5度から北緯23.5度の間）、太陽は夏至から等距離の2日に真上を通過する。
どの場所からでも、ピンホールカメラなどで1年を通して太陽の位置を追跡すると、このように見えるだろう。
太陽が空を通る経路は、夏至から夏至まで、ピンホールカメラを使って追跡することができます。 その最も低い軌道は冬至で、太陽は地平線に対して低く下がり、高く上がるという逆転した軌道をとり、最も高い軌道は夏至に対応します。
Regina Valkenborgh / www.reginavalkenborgh.com
しかし太陽は、空の上で単に対称的な形で昇降しているようには見えないのです。 日没と日の出の時刻は1年を通じて変化する。
この理由は、1年を通して太陽が見かけ上動いている2番目の主な要因に大きく起因しています。
楕円軌道を描くということは、単に地球が軌道上のある地点で太陽に近づいたり遠ざかったりすることを意味するのではありません。 ケプラーの第二法則によって、地球が太陽に近いとき（近日点）には速い軌道速度を持ち、太陽から遠いとき（遠日点）には遅い軌道速度を持つことも意味します。
惑星がその軌道を安定して動くのは、角運動量の保存のおかげなんです。 角運動量を得たり失ったりする方法がないため、惑星は任意に遠い未来まで楕円軌道のままです。
NASA / JPL
これだけでは大した違いはありませんが、今度は別の要素を加えなければなりません：地球は24時間に1度自転しているわけではないのです。 その代わり、地球は23時間56分で360度回転します。1日が24時間かかるのは、地球が太陽の周りを公転して移動した距離に「追いつく」ために、この4分間が余分にかかるからです。 しかし、遠日点付近で地球の動きが遅くなると、太陽が元の位置に戻るのに24時間では長すぎるため、平均よりゆっくり動いているように見えます。
地球の軌道が楕円であること（左）と軸の傾き（中央）が太陽の位置に影響を与え、地球から観測されるアレンマの形（右）を作り出しているのである。
Autodesk generated image via the UK
もしも軸の傾きだけが問題で、私たちの軌道が真円だったら、太陽が空に描く道は、水平軸と垂直軸について対称な、まさに完璧な8の字になることでしょう。
もし私たちが楕円軌道の惑星に住んでいたら、太陽の軌道は単純に楕円になるでしょう：ここでは、離心率が太陽の動きに対する唯一の要因になります。
しかし、ここ地球では、楕円軌道と軸の傾きの両方があるため、どちらの影響も大きいのです。
地球が自転して太陽の周りを楕円で公転すると、太陽の見かけ上の位置は…日々この特殊な形に変化して見えるのです。 Giuseppe Donatiello / flickr
ここ地球では、近日点とは12月夏至からちょうど2週間後の1月3日に起こります。 私たちの惑星は12月夏至の近くで最も速い速度で運動しているので、（北半球から見た）アナレンマの「下側」は「上側」よりもずっと大きくなり、7月上旬の遠日点と6月夏至が一致するのです。
時間の方程式は、惑星の軌道の形と軸の傾き、そしてそれらの位置関係によって決まります。 6月夏至に近い月（地球が太陽から最も遠い位置である遠日点に近づく時）には、地球は最もゆっくりと動くので、この部分のアナレンマがつまって見え、近日点近くで起こる12月夏至には細長く見えるのである。
ウィキメディア・コモンズ利用者 Rob Cook
つまり、地球から毎日同じ時刻に見た太陽の軌道の形を決めるのは、軸の傾きと楕円率だけなのです。
しかし、アナレンマの正確な向きを決めるには、さらに2つの要因があります。
毎日正午に太陽を撮影すると、アナレンマは完全に垂直（左）に見えます……。 正午前（右上）は水平線に対して反時計回りに、正午以降は水平線に対して時計回りに回転しているように見えます。 これらの画像は、地球が丸いことを疑う人たちにとって、さらなる証拠となります。
シドニー・モーニング・ヘラルド
そしてもう一つは、どの時間帯に写真を撮るかということです。
- 太陽が最も高くなる正午に撮影すると、アナレンマは完全に垂直に見えます。
- 正午前、太陽が最も高くなる前に、アナレンマは正午の位置から反時計回りに回転して見えます。
- 正午後、太陽が最高に達した後に、アナレンマは正午の位置から時計回りに回転して見えます。
César Cantúの1年分の52枚の画像をつなぎ合わせて調べると、彼がメキシコの彼の緯度から午後遅くに太陽を撮影したことが分かります。
1年365日の間に、太陽は軸の傾きによって決まる上下の動きだけでなく、太陽の周りの楕円軌道によって決まる前後への動きもあるように見えます。 この2つの効果が合わさったときにできる8の字のつぼみを「アレンマ」と呼ぶ。 ここに掲載した太陽像は、セザール・カントゥがメキシコで1年間に観測した写真から52枚を選んだものです。
César Cantú / AstroColors
一番上の点が夏至、一番下の点が冬至にあたることは容易に分かりますが、地球から見た太陽のアナレンマの「交点」には特別な天文学的意味はないのです。 近日点、遠日点が夏至ではなく春分と重なれば、火星から見た太陽は8の字型ではなく、涙型のアナレンマになるのだ！
もし、近日点と遠日点が夏至ではなく、春分と重なれば、太陽は涙型になるだろう。 アナレンマとは、太陽の軌道と軸の傾きによって8の字を描くように、長い時間をかけて作られた自然で美しい形です。 地球が宇宙空間を移動することによって生まれる、太陽のユニークな宇宙飛行をお楽しみください。