月は地球にほぼ同じ面を向けています。ところが、何日もの画像を並べると、端にある地形が見えたり隠れたりし、模様が少し揺れているように見えます。「同じ面を向ける」という説明が間違っていたのでしょうか。基本の同期自転を保ちながら、見える向きが少し変わる現象があり、秤動と呼ばれます。
ここで大切なのは、月が毎日裏返っていると考えないことです。大きくは同じ側が見え、その周辺を少しずつ違う角度から見られます。顔を正面から見る場合と、少し左右から見る場合を比べると、同じ顔でも端の見える範囲が変わることを想像しやすくなります。
自転と公転は、毎瞬間まで同じ速さではない
月の自転周期と公転周期はそろっていますが、公転軌道は完全な円ではありません。軌道上を進む角速度には変化があり、ほぼ一様な自転との間に見かけのずれが生じます。これが東西方向の光学的な秤動を考える基本です。
上下方向の見え方には、月の自転軸と軌道面の向きの関係が関わります。地球上の観測位置が変わることによる違いもあります。複数の要因を全部一つの揺れとして暗記するより、本稿では「周期が等しいことと、毎瞬間の向きの差がゼロであることは別」と押さえます。
図は三つの時刻で端の地形の見え方が少し変わる様子を強調した模式図です。月の大きさや実際の角度の再現ではありません。中心付近の目印を対応させ、左右の端で何が増減したかを見ます。図をただ横へ回しただけの変化と、球を違う方向から見た変化も分けて考えましょう。
一度に見える面積と、長期間に見えた面積
地球から一度に向き合う月面は、およそ半分です。しかし長い期間に見える部分を合わせると、秤動によって月面全体の約59％を地球から観察できます。59％が一枚の写真に全部同時に入る、という意味ではありません。
また、地球に向いた部分の全てが明るく照らされるわけでもありません。三日月では、地球側に向いた半球のうち細い部分が日光を受けて明るく見えます。月の位相、見える地形の範囲、日光の当たる側という三つを混ぜないようにします。「半分がこちら向き」と「半月に見える」は別の話です。
日付の違う写真を比べる際は、画像の上下、拡大率、明暗もそろえて確認します。望遠鏡や画像処理による回転や反転があれば、模様が大きく動いたように見えることがあります。秤動を読みたいなら、同じ地形がどこにあるかを対応させ、撮影条件による変化を取り除く必要があります。
例題1：二枚の範囲を足すとき
以下は実際の月面の割合ではなく、重なりを考える架空の模型です。ある球の表面を100区画に分け、一枚目の写真に50区画、二枚目にも50区画が写りました。両方に共通して写ったのは44区画です。少なくとも一枚に写った異なる区画は何区画でしょうか。
答え・解説： 50＋50−44＝56区画です。重なった44区画を二度数えないように一回分引きます。二枚あるから全表面を見た、とは言えません。また、一枚目に写らず二枚目で初めて写った部分は6区画です。見える範囲の合計と、写真に写った延べ数を区別します。
例題2：59％は一度に見える割合？
資料に「長い期間にわたり地球から観察できる月面は全体の約59％」とあります。生徒が「満月の一枚の写真には月面全体の59％が写る」と説明しました。この説明のどこを直す必要がありますか。月の裏側が全て見えるという意味でもありますか。
答え・解説： 長い期間に見えた範囲の合計を、一度に見える範囲へ置き換えた点を直します。一度にはおよそ半球を向き合って見ます。端の見える部分が変わるので、長期間では半分を超えますが、裏側の全てが見えるわけではありません。59％を使うときには、その数値が表す期間と範囲を省かないことが重要です。
天体の写真を読む際には、何が動いたのかを一つずつ確かめます。天体自体の回転、観測方向の変化、照らされる部分の変化、画像の回転は同じではありません。月の模様という一つの目印を追うことで、似た見え方でも原因が異なることを学べます。覚えた言葉を当てはめる前に、比較する写真の条件をそろえましょう。
月の写真の比較では、上下や拡大率をそろえてから模様の位置を見ます。写真全体を回転させただけでも模様は動いて見えるので、画像の右端へ近づいたという理由だけでは秤動を読み取れません。月面上の同じ目印を対応させ、輪郭との位置関係を比べることが大切です。写真の向きの変化と、月の端から見える地域の変化を混ぜないようにします。