月食、日食ってなに、どうしておきる？ 仕組みの違いを解説
地球、太陽、月という3つの星によってつくりだされる天体ショー「月食」「日食」。月食では満月が、日食では太陽が、まん丸のはしっこから少しずつ黒く欠けていって、ときには全体が覆われます。広大な宇宙の神秘を、手軽に、そしてはっきりと体感できるので、発生するたびに話題になります。ここでは月食、日食は、どんな仕組みでおきているのか、みていきましょう。
3つの星が一直線になったときにおこる
まず地球と太陽、月はそれぞれどんな関係にあるかを整理しましょう。
地球は1日に1回転（自転）しながら、太陽の周りを1年かけて1周（公転）しています。太陽は直径がおよそ139万2000kmで、地球（直径およそ1万2700km）のおよそ109倍。太陽と地球はおよそ1億5000万kmはなれています。
月はおよそ27日かけて1回転（自転）しながら、同じ27日かけて地球の周りを1周（公転）しています。月は直径がおよそ3500kmで、地球の4分の1ほど。距離は、遠いときと近いときがあり平均で38万4400kmはなれています。
そして日々動き続けているこの3つの位置が、たまたま一直線に並んだときにおきる珍しい現象が月食と日食です。
月食では、地球の影が月にうつる
月食は、3つの星が「太陽→地球→月」の順番で一直線になったときにおきます。太陽の光を受けた地球の影の中を、月が通過するときに観測できる現象です。光り輝く満月が黒く欠けていくのは、地球の影がうつっているのです。
このとき月の一部分だけが、地球の影で隠れている状態を「部分月食」と言います。月の満ち欠けよりも、黒い部分の境目がぼんやりとしています。
そして月全体が、地球の影の中に入ってしまった状態を「皆既月食」といいます。ただし真っ黒になって見えなくなるというわけではなく、暗い赤色に光って見えます。これは夕日が赤く見えるのと同じ理由です（関連記事「どうして夕焼け（夕日）は赤いの」）。太陽の光が、地球の大気を通るときに、最後まで残った赤色の光が少し進路を曲げて反対側の影の中にまで届いています。
地球上での「夜」は、わたしたちが地球の影の中にいるということですが、普段の生活でそれを意識することはありません。月食として、月にうつるのを見ると、宇宙空間の広がりや、確かに地球に影があることが分かります。月食の写真を並べると地球の影の様子が浮かび上がってきます。
日食では、月の影が地球にうつる
続いて日食は、どういう現象でしょうか。
日食は、「太陽→月→地球」の順番で一直線に並んだときにおきます。太陽から地球にふり注ぐ光を、月そのものがさえぎることになるので、太陽が欠けたり、全体が覆われたりしたように見えます。日食は、このとき月の影がうつっている地域でしか観測できません。
日食にも月食と同じように「部分日食」と「皆既日食」があります。太陽の一部分が月に隠されて見えるものが部分日食で、太陽全体が月で覆われてしまった状態を皆既日食と言います。
そして、もうひとつ「金環日食」というものもあります。
太陽と月を比べると、太陽は月よりおよそ400倍大きいですが、地球からの距離も月より400倍遠いところにあるため、奇跡的に地球からほぼ同じ大きさに見えます。ただ、じつは月は地球の周りをきれいな円ではなくて、つぶれた円（楕円）の形をえがきながら回っているのです。その分、見た目が少し大きくなったり小さくなったりします。そのため月が太陽全体にぴったりと重なるように覆う皆既日食のほかに、月が地球から遠いところにあるとき、つまり月が小さく見えるときは月が太陽の中におさまって光の環っか状に見える金環日食になります。
5度のズレで貴重な現象に
月食は、地球から見て月が太陽の反対側にあるとき、つまり満月のときにおきます。日食は、地球から見て月と太陽が同じ方向にあるとき、つまり新月のときにおきます。ただし、満月と新月のときに毎回おきるわけではありません。これは地球が太陽の周りを公転している面に対して、月が地球の周りをまわっている面が5度ほど傾いていて、必ず一直線になるわけではないためです。この傾きがなければ、満月・新月のときには毎回、月食・日食がおきることになっていたはずです。実際は月食・日食がおこるための一直線の状態になるチャンスはおよそ半年に1回となっています。
月食は夜の地域はどこでも観測、日食は昼で月の影の中だけ
月食は、発生しているときに「夜」で月が見える地域であれば、世界中のどこからでも観測することができます。一方で、日食は、発生しているときに「昼」で、さらに月の影の中に入っている限られた地域でしか観測できません。ですので、実際に体験するチャンスとしては、月食の方が多そうです。
月食も日食も、観測するのに大がかりな設備や高価な望遠鏡などは不要で、親しみやすい天体ショーです。ですが、日食を観測するときは、太陽を直接見たら失明する恐れもあり大変危険ですので、必ず日食グラスなどを使用しましょう。国立天文台のホームページには、月食、日食がいつどこで見られるかを計算する「月食各地予報」、「日食各地予報」もあるので、ぜひ調べてみてください。
参考資料
・国立天文台「月食とは」：https://www.nao.ac.jp/astro/basic/lunar-eclipse.html
・国立天文台「日食とは」：https://www.nao.ac.jp/astro/basic/solar-eclipse.html
・国立天文台 暦Wiki「月食」：https://eco.mtk.nao.ac.jp/koyomi/wiki/B7EEBFA9.html
・国立天文台 暦Wiki「日食」：https://eco.mtk.nao.ac.jp/koyomi/wiki/C6FCBFA9.html
・『調べる学習百貨 月を知る！』（吉川真/監修、三品隆司/構成・文、2017年、岩波書店）
監修者：大山光晴さん
1957年東京都生まれ。東京工業大学大学院修士課程修了。高等学校の物理教諭、千葉県教育委員会指導主事、千葉県立長生高等学校校長等を経て、現在、秀明大学学校教師学部教授として「理数探究」や「総合的な学習の時間」の指導方法について講義・演習を担当している。科学実験教室やテレビの実験番組等への出演も多数。千葉市科学館プロジェクト・アドバイザー、日本物理教育学会常務理事、日本科学教育学会及び日本理科教育学会会員、月刊『理科の教育』編集委員等も務める。
