三日月の暗い部分は地球の影？
月を見ると、細い三日月の日もあれば、半分だけ光っている日、まん丸に近い日もあります。黒く見える部分を「地球の影が月にかかっている」と考えたことはありませんか。月食では実際に地球の影が月に落ちますが、普段の月の満ち欠けは別の仕組みです。月と太陽を見る方向が変わることが大きな違いになります。
月は自分で光っているのではなく、太陽の光を反射しています。太陽から光が当たる月の半球は明るく、反対側は暗くなります。地球から見えるのは、そのうち地球の方向を向いた面です。明るい半球とこちら向きの半球がどの程度重なるかによって、見える月の形が変わります。これは月が実際に削れたり元に戻ったりすることではありません。
太陽・地球・月の位置を変えて考える
模型なら、部屋を暗くして一方向からライトを当て、球を月に見立てる方法があります。観察者を地球の位置とし、球を自分の周囲で動かすと、照らされた部分の見え方が変わります。球の半分が光っていても、明るい面がこちらからほとんど見えなければ細い月に見えます。反対に照らされた側が正面を向けば満月に近くなります。
ただし、実験でライトを太陽の代わりに使うときは、照明の距離や他の光源による影が混ざらないようにします。模型で再現したいのは明暗の形であって、実際の月までの距離や見かけの大きさを正確に縮小することではありません。縮尺が合わない模型から距離まで読み取ってはいけないのです。
新月・上弦・満月・下弦を並べる
新月のころ、月は地球から見て太陽に近い方向にあります。太陽が照らす側が地球とは反対を向くため、月の明るい部分はほとんど見えません。上弦と下弦のころには、月の明るい側と暗い側がほぼ半分ずつ見えます。満月のころは、太陽が地球から見た月の反対方向にあり、明るい側がこちらに向きます。
ここで「半月は満月の半分の大きさなのか」と質問すると、月そのものの直径は突然半分になっていません。照らされて見える面積の問題です。実際には月の見かけの大きさが公転中に多少変化することもありますが、月の形が大きく変わる主な理由とは別です。月の輪郭と光っている領域を区別して観察してください。
月食が起きるときだけ地球の影が主役になる
満月のとき、太陽・地球・月がほぼ一直線に並び、地球の影が月の表面に届くことがあります。これが月食です。普段の欠けた月と違い、地球の影に入った部分が暗くなります。月食中には地球の大気を通った赤い光の影響で、月が赤銅色に見えることもあります。
では満月のたびに月食にならないのはなぜでしょうか。月が地球の周りを回る軌道の面は、地球の公転面に対して約5度傾いています。そのため多くの満月では月が地球の影の上または下を通ります。月の満ち欠けに必要なのは太陽に照らされた面を見る方向の変化ですが、月食には影と月の位置がさらに細かく重なる条件が必要です。
観察記録をつけるときの工夫
一日だけ月をスケッチしても、満ち欠けの順番までは分かりません。天気のよい日に何度か観察し、見えた形、時刻、空のどの方角にあったかをセットで記録してみましょう。日没直後に見えやすい月と、夜明け前に見えやすい月は同じではありません。月は日々空の位置が変わるので、毎日同じ時刻・同じ場所だけにこだわると、見つからない日が出ます。
観察できない日は天文台の月齢や月の出入りの時刻表を使って補います。月齢は新月から何日たったかの目安であり、「月齢7なら必ず完全な半円」などと厳密に決められる数字ではありません。月の運動や見え方には多少のばらつきがあるためです。予想した形と実際の写真を比べて、どこまで一致したかを見ることが練習になります。
満ち欠けの周期と「同じ面」が見える理由を混同しない
月が満月から次の満月になるまでの周期は平均約29.5日です。一方、月が地球の周りを遠い恒星に対して一周する時間は約27.3日です。二つが違うのは、月が公転している間にも地球が太陽の周りを移動し、同じ満ち欠けへ戻るためには太陽に対する向きをもう少し変える必要があるからです。これは星座の見える時刻が毎日少しずれる話と似た、基準の違いによるものです。
また、月の自転と公転がほぼ同期しているため、地球からは月のほぼ同じ面が見えます。「いつも同じ面を見せるなら、自転していないのでは？」と思うかもしれません。ボールの同じ面を部屋の中央にいる人へ向けたまま、その人の周りを一周してみてください。ボールは外の壁から見ると一回転しています。これと同じように、見る位置を決めて運動を説明すると混乱が減ります。ただし月のわずかな首振り運動などにより、長い期間には表面の半分を少し超える範囲が観測できます。「まったく同じ面」と言い切らないのも大切です。
写真を比べるなら上下左右に気をつける
北半球から見た月と南半球から見た月は、同じ満ち欠けでも写真の向きが違って見えることがあります。月の形を左右だけで暗記すると「右が明るいなら必ず何日後に満月」といった判断を誤る場合があります。撮影した地域、時刻、写真の回転や反転の有無を確認し、太陽がどちら側にあるかを考えましょう。月の明るい縁は基本的に太陽のある方向を向いています。観察した月を描いたら、太陽の方向を矢印で書き添えてみてください。「図の上側が北」といった紙の向きだけで月の形を説明しないことが大切です。
形が変わるとき、変わらないものは何か
月の明るい半球がどちら側にあるかを決めるのは太陽です。地球から見る方向が変わるので、明るい面が細く見えたり広く見えたりします。これを理解できれば、普段の満ち欠けと、月食のように本当に影へ入る特別な現象を区別できます。
また、月の模様がだいたい同じに見えるのは、月の自転と公転がおおむね同期しているためです。これは満ち欠けとはまた別の問いです。一つの天体に見える二つの現象でも、原因が一つとは限りません。観察するときは「明暗の形」「月面の模様」「空での位置」を別々に記録してみましょう。
