解答と解説

1．

（1）B （2）午前11時50分 （3）エ （4）ウ

参考ページ…日の出日の入り南中時刻　太陽の日周運動の１年の変化

こういう透明半球の記録から時刻を求める問題は、透明半球上の太陽が１時間（分）に何cm動くか、または１cm動くのに何時間（分）かかるかが分かってしまえば大丈夫ですね。

（1）
観測地点は北緯36度の地点なので、北半球（日本）にあります。
北半球では、太陽は南を通っていきます。南はBですね。

（2）
透明半球上の太陽がP点（午後1時5分）からQ点（午後3時5分）まで進むのに2時間かかっています。
2時間で10.8cm進んだので、半分の１時間では
10.8（cm）÷2＝5.4（cm）　　よって、1時間で5.4cm進むことになります。
この日の太陽の半球上の通り道全体は54cmなので、太陽が出ている時間を計算すると、
54（cm）÷5.4（cm/時）＝10（時間）
この10時間のちょうど真中の時刻が南中時刻となります。日の出から5時間後、または日没より5時間前ですね。
この日の日没は午後4時50分なので、これより5時間前は午前11時50分となります。

（3）
太陽の道すじ（経路）は東西対称になるので、南よりにのぼったら北よりにしずむ、ということはありません。
イ・ウはこれで脱落です。この日（1月15日）の5ヵ月後なら、6月15日で、「もうすぐ夏至」というころです。
夏至の太陽は北よりの東からのぼり、北よりの西にしずみ、南中高度も最大になりますね。
これを表している図はエです。

　　
（4）
北緯が高いほど北にある地点、東経が大きいほど東にある地点です。
同じ日で考えると、北緯が高くなるほど、その地点の地平線と太陽光のなす角（太陽の高度）が小さくなりますね。
また同じ日では、東経が大きい地点ほど、先に太陽に一番近い点（南中）まで自転によって移動できます。

　　

・北緯が高いほど南中高度が低い
・東経が大きい地点ほど南中時刻が早くなる
南中時刻が早いということは、日の出や日の入りも早いということです。
太陽は東のほうからのぼってくるので、東の地点ほど早く太陽に出会えるのは当然ですね。
北緯36度東経140度（東京付近）と比べると、北緯44度東経142度（北海道旭川付近）のほうが東にあり、北にあるので
太陽の南中時刻や日の出の時刻は早くなり、南中高度は低くなります。ウですね。

2．

（1）エ （2）A （3）影が南北の線と重なったときの長さを利用する

参考ページ…太陽の日周運動の１年の変化 影がどうやってできるのかを考えましょう。 棒が太陽光線をさえぎった部分が影になりますね。 太陽のいる向きと逆のほうにできることを想像してください。 太陽の高度が高いほど影は短くなります。

（1）
冬至の日の太陽の日周運動を考えましょう。
太陽は南よりの東からのぼり、南よりの西へしずみます。朝の太陽の位置を意識して想像してみてください。

　　

すると、冬至の日付近の午前中（朝〜正午）は北〜西のエの範囲に影ができますね。

（2）
夏至の日の太陽は北よりの東からのぼって、北よりの西にしずみます。
日の出と日の入りのときの太陽は天頂より北にあるので、影は南側にできますね。
また、夏至は南中高度が高いので、影は全体的に短くなるはずです。
朝と夕方の影が南側にできていて影が短いのはAの図になります。

　　　

ついでにほかの季節についても考えてみてください。
どの季節も影の先端は西から東へ動いていきます。
太陽の高度が高いほど、「影の先端」と「厚紙の中心」との距離が短くなりますね。
おもしろいことに、春分と秋分の日の影の軌跡は西から東へ一直線になります。

（3） そのときの太陽の高度は棒と影を2辺とする直角三角形を 作図し、図の角度を測れば求めることができます。 太陽が南中したときの高度が「南中高度」なので、 太陽が真南にきたとき＝影が真北にのびるとき このときの影の長さを利用するといいことになります。 影が南北の線と重なったとき、影が真北にのびたとき、 などですね。

問題の図では南中は午後0時になっていますが、地域によって南中の時刻はその前後になります。
この問題の観測地に限っては「午後0時のときの影を利用する」という答えでもよいことになりますが、
ここは一般性を考えてこの答えは避けたほうが無難です。

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