地球の影へ全部入ったのなら、月は見えなくなるはず。皆既月食の写真を見ると、この説明だけでは足りないことに気づきます。月は暗くなりますが、赤黒い色で見えることがあります。月そのものが赤い光を出し始めたわけではありません。
手がかりは地球の周りの大気です。太陽の光の一部が大気を通り、曲げられて影の中の月まで届きます。今回は月食が起こる日程や満ち欠けではなく、影の中を照らす光がどこから来たかを考えます。
地球を「空気のない球」だけで描かない
月食では、太陽、地球、月の順に並びます。地球が太陽の光を遮り、太陽と反対側へ影が延びます。月全体が本影へ入っているのが皆既食です。この配置は、まず押さえたい出発点です。
ただし、太陽から月へのまっすぐな光が遮られることと、どのような経路の光も一切届かないことは同じではありません。地球を黒い円だけで描くと、周りの大気を通る経路を落としてしまいます。直進の図に、地球の縁を通過する道を一つ足してみましょう。
大気を通る間に、光は屈折して進む向きを変えます。その一部が本影の内側へ入り、月面を照らします。ここでの屈折は、鏡に当たって跳ね返る反射とは別の現象です。「曲がる」とだけ書いて終えず、通過した場所を説明に添えると、どの働きかがはっきりします。
青い光が赤い光に変身するわけではない
太陽光にはいろいろな色の光が含まれています。大気を長く通ると、青い側の光は赤い側より散乱されやすく、まっすぐ先へ進む光から取り除かれやすくなります。赤い側は比較的残りやすく、その弱い光が月へ届きます。
「青い光が赤に変わる」と考えるより、色ごとに残る割合が違うと考えます。何色かの玉が入った袋から特定の色を多く取り除けば、残った袋の色の割合は変わりますね。これは割合を考えるためのたとえで、光が実際にそのような玉でできているという説明ではありません。
月面へ届いた光は、そこで反射して、地球上で見ている私たちの目に届きます。光の出発点は最後まで太陽です。途中に地球の大気と月面が登場したからといって、光源の名前まで地球や月に変えないようにしましょう。
例題1｜経路に足りない場所を入れる
皆既月食中の月を説明するために、「太陽→月→観察者」という矢印を書きました。しかし、太陽から月へ直進する光は地球に遮られています。赤い月を照らす光の経路として、矢印へ何を加える必要がありますか。月のところで起こる働きも答えてください。
答え・解説： 「太陽→地球の大気を通過→月→観察者」とします。地球の大気で光が屈折し、赤い側の光が比較的残って本影内へ届く過程が必要です。月面では反射が起こります。地球の地面で反射してから月へ向かう経路にすると、今回説明したい皆既月食の赤さとは異なる話になります。
図を採点するときには、地球という名前が一度出ているかだけで見ないでください。地球のどこを通り、そこで何が起きたかが説明の中心です。大気を抜かした線へ「赤い光」と書き足すだけでは、なぜその光が影に入れるのかが残ってしまいます。
例題2｜赤い割合が増えると、光の量も増える？
色の割合を考えるため、赤と青の二種類だけを使った架空の模型を用意します。大気へ入る前は赤100単位、青100単位でした。ある経路を通り抜けた後は赤20単位、青2単位になりました。赤の量は増えましたか。また、残った光のうち赤の割合は、通る前より大きくなりましたか。実際の大気の透過率を表す数値ではありません。
答え・解説： 赤の量は100から20へ減っています。一方、赤の割合は、最初が100÷200＝2分の1、後が20÷22＝11分の10なので増えています。「赤が多く残る」は、赤い光が新しく増産されたという意味ではありません。青の減り方がさらに大きいため、残った光の中では赤の割合が高くなっています。
全体も200から22へ減っています。したがって「赤みが強くなる」と「全体が明るくなる」を同じ結論にしてはいけません。分母が全体の光の量なのか、最初の赤の量なのかも分けましょう。20÷100は赤だけの残存割合、20÷22は残った二色の中で赤が占める割合です。二つは違う問いへの答えになります。
同じ「暗い月」でも、地球照とは別にする
皆既月食の色や明るさは、いつも一定ではありません。地球の大気の状態などにより、明るいオレンジ色に見えることも、非常に暗く見えることもあります。「皆既なら、写真と同じ鮮やかな赤」という固定した見え方で覚えるのは避けましょう。
地球照で見える三日月の暗い部分も、弱い光が月を照らす話です。ただし地球照では、太陽光が地球で反射して月へ届きます。今回の大気を通る道と並べて描くと、似た見た目でも経路が違うと分かります。満月ごとに月食が起こらない理由で配置を確認した後、影に入った月へ届くわずかな光まで考えてみてください。