日食では、月が太陽の手前を通って太陽を隠します。それなのに、太陽が全部隠れる場合と、輪のように外側が残る場合があるのはなぜでしょうか。月が実際に大きくなったり小さくなったりするのではありません。観察者から見た月と太陽の大きさ、そして重なり方が関係します。
見かけの大きさを、同じ目で比べる
太陽は月よりずっと大きな天体ですが、地球からはずっと遠くにあります。そのため空では、月と太陽がおおよそ同じ大きさに見えます。ただし、その見かけの大きさは常にぴったり同じではありません。月と観察者との距離などが変わると、月が空を占める大きさも変わります。
同じ大きさの丸い紙を近くで見る場合と、遠くへ置く場合を考えてみてください。紙そのものを切らなくても、遠い方が小さく見えます。実際の直径が変わったのか、見る距離が変わったのかは、別の問いなのです。太陽を使って試す必要はなく、紙の模型で位置関係を考えられます。
中心がそろったとき、外側が残るか
月が太陽を全て覆うのが皆既日食です。月の方が小さく見え、中心付近が重なっても太陽の外側が輪のように残るのが金環日食です。金環という言葉は、太陽が本当に輪の形へ変わったことを意味しません。手前の月に隠されずに見える部分の形を表しています。
大きさだけでなく位置も必要です。月が十分大きく見えても、太陽の中心からずれた所を通れば一部が残ります。それは部分日食です。「月が大きく見える条件だから、その場所では必ず皆既になる」と決めないようにします。見える二つの円の大きさと、中心のずれを一緒に描きましょう。
例題1｜同じ大きさの円で重なりを考える
紙面上の見かけを表す模型で、太陽の円の直径を30mmとします。月の円はAが32mm、Bが28mmです。どちらも太陽と中心を完全にそろえ、月を手前に重ねます。太陽を全部隠すのはどちらですか。輪が残る方では、その幅はいくらですか。
答え・解説： Aは太陽を全部隠します。Bでは外側が残ります。Bの輪の幅は半径の差なので、15−14＝1mmです。直径の差2mmを、そのまま片側の輪の幅としないようにします。
図の左側と右側にそれぞれ1mmずつ残るため、両側を足すと直径の差2mmになります。ここでのmmは模型の長さであり、月や太陽の実際の直径ではありません。また、中心がそろうという条件を外せば、左右の幅も同じにはなりません。
例題2｜月が大きければ、必ず全部隠れる？
同じ模型で太陽の半径を15mm、月の半径を16mmとします。今度は二つの円の中心が3mmずれています。太陽は全部隠れますか。円が大きいかどうかだけでなく、中心のずれも使って考えましょう。
答え・解説： 全部は隠れません。月の中心から見て最も遠い太陽の端までは、3＋15＝18mmあります。月の半径16mmでは、その端まで覆えないからです。月の方が直径で2mm大きくても、それ以上に中心がずれれば、太陽の一部が見えます。
この模型では、中心のずれが1mm以下なら太陽の円全体を覆えます。余裕は半径16−15＝1mmだからです。実際の日時や場所を求める計算ではありませんが、大きさと位置の両方が必要だという関係を確かめられます。
同じ日でも、場所によって見え方が違う
地球上のどこに立つかによって、月と太陽の重なり方が変わります。ある狭い範囲で皆既や金環として見える日食でも、その外側では部分日食になり、さらに離れると見えない場所があります。地球から離れた場所で描く影の図と、地上の一人が見る円の図を対応させることが大切です。
二つの町の写真を比べるなら、撮影時刻も確かめます。日食は時間とともに重なり方が変わるので、場所だけの違いを調べたいのに時刻まで違うと、二つの条件が混ざります。写真に写る欠け方だけで、撮影場所を一つに特定できるとは限りません。
新月なら、毎回起きるわけではない
日食は新月の頃の並びで起こりますが、新月のたびに日食になるわけではありません。月の軌道面が地球の公転面に対して傾いているため、月の影が地球から外れる場合があるからです。上から見た平面図で太陽・月・地球を一直線に並べるだけでは、立体的なずれを見落とします。
この違いは満月と月食と比較すると整理できます。見る場所による位置のずれは視差の考え方ともつながります。太陽の直接観察はせず、実際に日食を見るときは国立天文台の安全な観察方法に従ってください。記事の紙の模型は、観察用の器具の代わりにはなりません。