冬至の日は本当に昼間の時間が短いのか？

　2024年の冬至の日は12月21日（土）です。この日は昼間の時間（＝日の入り時刻 − 日の出時刻）が一番短いとされていますが、日の出時刻が最も遅く、日の入り時刻が最も早いのが冬至の日なのでしょうか。

　札幌市東区の自宅における年末から年始における日の出時刻と日の入り時刻を調べてみました。


　確かに2024年の冬至の日が一番昼間の時間が短いですね。 SkySafari という天文アプリを使い、私の住む札幌市の自宅位置で検証した結果です。なお、1月1日から4日は2025年の値です。

　しかし、日の入り時刻が最も早いのは12月8日と9日、日の出時刻が最も遅いのは翌年1月3日で、冬至の日からは10日以上もずれていることが判明。（2024年の年末から翌年にかけて札幌の場合）

　この要因としては、日の出と日の入りの定義と見かけの太陽位置が少しずつ移動していることが関係しています。
　地球大気の影響で地平線近くの天体は浮き上がり現象（大気差）が発生し、地平線での大気差は平均的に角度の36分前後です。また、日の出も日の入りも太陽の上辺が地平線に接した瞬間と定義されています。
　太陽の平均的視半径は角度の15分ほどなので、計算の便宜上、平均的な大気差36分に太陽の平均的視半径15分を加え、太陽の中心高度が地平線下51分に達した瞬間を日の出あるいは日の入り時刻としています。


　これは12月21日16時02分30秒時点の大気差を考慮しない太陽位置です。緑色の範囲は地平線下で灰色の範囲は地平線上です。太陽の中心高度は地平線下0度51分です。（SkySafari というアプリのスクリーンショット）


　一方、大気差を考慮した場合の同時刻の太陽位置です。太陽中心高度は地平線下0度15分です。

　なお、上記地平線は水平線としているので、地形や建物などの影響で実際の日の出時刻や日の入り時刻は大幅に変わります。