「月食は、太陽・地球・月の順に並ぶときに起こる」
ここまで覚えたら、次の問いを考えてみてください。
「それなら、満月のたびに月食にならないの？」
よいところに気づいています。教科書の平面図だけを見ると、太陽の反対側へ来た月には、毎回地球の影がかかりそうです。
この疑問は、図に表されていない奥行きを考える入口になります。
満月は「太陽と反対側」、月食は「影の中」
満月のころ、地球から見た月は太陽とほぼ反対方向にあります。太陽に照らされた月の面を、地球からほぼ正面に見るので、丸く明るく見えます。
一方、月食が起こるには、月が地球の影に入る必要があります。
「太陽と反対側にいること」と「地球の影を通ること」は、同じ条件ではありません。
太陽・地球・月を紙の上に描いたら、一度「この図は、どちらから見た図？」と聞いてみましょう。
上から見て並んでいても、高さがずれている
机の上に、地球のつもりの球を置きます。太陽は机の左側にあると考えます。
月のつもりの小さな球を、地球の右側へ持ってきてください。上から見ると、太陽・地球・月の順に並べられます。
そのまま、月の球だけを少し持ち上げます。
上から見た配置はほとんど変わりません。しかし横から見ると、三つの高さがそろっていません。地球の影が右へ伸びていても、月は影を外れて通ることができます。
これは位置関係を考える模型で、大きさや距離を実際の比率にしたものではありません。
月の通り道は、少し傾いている
月が地球のまわりを回る軌道の面は、地球が太陽のまわりを回る軌道の面に対して、およそ5度傾いています。
そのため、満月のころでも、月が地球の影の北側や南側を通り、影に入らないことがあります。二つの軌道面が交わるところの近くで満月になると、月食が起こり得ます。
覚えたいのは「5度」という数字だけではありません。
「同じ平面を回っていないから、毎回影に入るわけではない」
この説明を、上からの図と横からの図で確かめてください。
「満月なら月食」と、逆向きにしない
次の二つは、同じ意味でしょうか。
① 月食は、満月のころに起こる。 ② 満月のころには、必ず月食が起こる。
①は正しい説明ですが、②は違います。満月のころでも、地球の影に入らなければ月食になりません。
理科では、条件を逆向きにすると成立しないことがあります。覚えた文を短くするうちに、「必ず」という意味を付け足していないか、確かめましょう。
最後に、一文で説明してみよう
問い：満月のたびに月食が起こらないのは、なぜですか。
答えの例：月の軌道面が地球の公転軌道面に対して傾いていて、満月のころでも月が地球の影を外れて通ることがあるからです。
「軌道が傾いているから」とだけ答えていたら、「傾いていると、何が起こるの？」と続けてみてください。
地球の影を外れて通る。そこまで言えると、用語と現象がつながります。
月食の図で迷ったら、三つの天体を並べ直すだけでなく、見る方向を変える。平面図の外にあるずれを考えることが、この問題の大切な一歩です。
あわせて読む・参考資料
SAPIX小5の月｜満ち欠けと南中の解き直し：図と例題で解き直す
図の「一直線」は、どの方向から見た一直線か
上から見た図で三つの天体の中心が同じ線上にあっても、それだけでは横から見た高さは分かりません。建物の地図で二つの部屋が同じ場所に描かれていても、別の階かもしれないのと似ています。平面上の位置が一致することと、立体的な位置が一致することを分けます。模型で考える場合は、月役の球を上下させ、観察する方向も変えてみましょう。
ただし、図でずれを大きく描くのは仕組みを見やすくするためです。地球と月の大きさ、距離、影の太さまで正確に描いた図とは限りません。図の上で長さを測って、実際の月までの距離や月食の時間を求めることはできません。何を表す図か、どの比率は省略しているかを考えることも、図の読み取りの一部です。
例題1：二つの説明のどこが違う？
A「月食のとき、月は地球の影に入っている」。B「満月のとき、月は必ず地球の影に入っている」。正しい説明を選び、もう一方が成り立たない理由を書いてください。
解答：Aが正しい説明です。 Bは、月の軌道面が地球の公転軌道面に対して傾いているため、満月でも影の外を通ることがある点を落としています。満月という条件は月食が起こるために必要ですが、満月であることだけでは月食とは決まりません。
「AもBも、太陽・地球・月の順だから同じ」とした場合は、並ぶ順序と、影を通る位置を一つにしていないか確認します。言葉を少なくするより、「影に入る」という条件を残して説明することを優先してください。
例題2：いつもの三日月も地球の影なのか
ある人が「月食では地球の影で月が暗くなる。だから、ふだんの三日月の暗い部分も地球の影だ」と説明しました。この説明を直してください。
解答例：ふだんの満ち欠けは、太陽に照らされた月の面を地球から見る向きが変わることで起こります。地球の影へ月が入る月食とは違います。 三日月の形を説明するために、地球の影を月へ重ねる必要はありません。
二つとも「月の一部が暗く見える」ので、同じ原因だと考えやすいところです。しかし、観察の見た目が似ていても、原因が同じとは限りません。満ち欠けの図では太陽に照らされている月の半分を塗り、月食の図では地球の後ろの影を描く。この描き分けができれば、説明の混同を自分で確かめられます。