月は地球へほぼ同じ面を向けていますが、自転していないわけではありません。月が地球の周りを一周する間に、遠くの星を基準に自分の向きも一回転させるため、ほぼ同じ面が地球を向き続けます。「何に対して向きが変わったか」を決めると、この一見不思議な関係を説明できます。
丸い図だけでは回転が見えにくいので、月の模型の一か所へ印を付けます。地球へ向く側に印を置いたまま、周囲の四つの位置へ動かしてみましょう。紙の上で印の向きをそろえたまま移動する場合とは、動かし方が違うことが分かります。
地球へ向くことと、紙の上で向きが同じこと
地球を紙の中央に描き、月を右側に置きます。地球へ向ける印は月の左側です。月を地球の上へ動かせば、地球を向く印は下側になります。この時点で、印は紙の上では左向きから下向きへ変わりました。地球を向く条件を保つために、模型自身の向きも変える必要があります。
半周して左側へ来ると、印は右向きです。出発点では左向きだったので、遠くの固定した方向に対して半回転しています。一周して出発点へ戻るまでに向きも一回転する、という関係です。回る方向や図の上下が違っても、同じ面を中心へ向ける仕組みは同じです。
自転しない模型では何が見えるか
今度は、印をずっと紙の左へ向けたまま、月の模型を地球の周りで一周させます。地球の右側では印が地球を向きますが、左側では印は地球と反対を向きます。この模型を地球から見れば、一周の間に異なる面が見えることになります。
「同じ面しか見えない」という地球からの観察と、「模型の向きが変わらない」という紙の上からの観察を同じものとして扱うと、答えが逆になります。図の外側に固定した矢印を一本描き、何を基準に一回転を数えているのかを明示しましょう。
例題1：四分の一周なら、向きは何度変わるか
円軌道で等速に動く月の模型が、同じ面を地球へ向け続けています。公転が四分の一周進んだとき、遠くの星を基準に模型の向きは何度回転していますか。地球から見える面は、別の面へ四分の一回転したことになりますか。
答え・解説： 模型の向きは360÷4＝90度回転します。地球へ向く面は同じに保たれるので、地球から別の面へ90度切り替わるという意味ではありません。90度をどの基準で測ったかを添えるのが答えの要点です。
この問題は実際の月の細かな見え方の揺れを省いた模型です。現実の月は秤動と呼ばれる見かけの揺れがあり、長期間にはぴったり半分より広い表面を見られます。その細部を省くことと、月の自転をなくすことは違います。
例題2：28日模型の半周
計算練習のため、公転も自転も28日で一周する架空の模型を考えます。出発から7日後と14日後には、公転と自転がそれぞれ何分の一周進みますか。この28日を実際の月の正確な周期として使ってよいですか。
答え・解説： 7日後はいずれも四分の一周、14日後はいずれも二分の一周です。28日はこの例題の仮定であり、実際の周期の正確な値として使いません。実際の月の恒星に対する周期と、満ち欠けの周期も区別が必要です。
月の形が一巡する時間を、そのまま星に対する公転一周の時間と考えると、基準が混ざります。満ち欠けには太陽・地球・月の位置関係が関わります。地球自身も太陽の周りを動いているので、何を同じ配置へ戻す一周かを確認してください。
裏側は、いつも夜という意味ではない
地球から直接見えにくい月の裏側にも、太陽の光が当たる時期があります。裏側という呼び方の基準は地球であり、暗い側の基準は太陽です。同じ言葉の「側」でも、基準にしている相手が異なります。地球を向く面に夜が来ることも当然あります。
図に地球と月だけが描かれていれば、自転と公転の関係は考えられますが、明るい部分の形まで決めるには太陽の方向が必要です。足りない矢印を想像で補う前に、問いが向きについてなのか、明暗についてなのかを読み分けましょう。
月食と軌道の傾きや地球照の光の道と比べると、同じ月でも別の基準線が必要になることを確認できます。
模型の月を手に持って地球役の人の周りを歩くなら、手の印を地球役へ向け続けてみてください。部屋の窓から見た手の向きは、歩く位置に応じて変わります。この窓が、図で固定した遠くの方向に当たります。地球役の人には印が見え続けても、窓の側の人には印が見えたり裏側になったりします。二人の観察は食い違っているのではなく、見ている基準が違います。どちらの説明にも「誰から見て」を加えると、自転しているのに同じ面が見えるという関係を言葉にできます。