月の形が変わる理由は？満ち欠けの仕組みを動画でわかりやすく解説｜小学校理科「月と太陽」

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月は、どうして日によって形が変わるのでしょうか。

ちーがくんとはかせと一緒に、探査装置「はかせ号」で、地球と月のまわりの宇宙を探検してみましょう！

研究室の裏庭の、細い三日月

―秋の夕方。日が沈んだばかりの研究室の裏庭。西の空には、夕焼けの色がうっすらと残っています。

ちーがくん

はかせ、見てください！　あっちの低い空に、細い三日月が出てます！　月って、どうして日によって形が変わるんですか？

はかせ

おお、ほんとうに細い三日月じゃ。日が沈んだばかりの、南西の低い空に出ておるのう。月の形が変わるわけは、昔から多くの人が不思議に思ってきたことで、大人でも、うまく説明するのはむずかしい。けれど、わけが分かると、月の光っておる側を見ただけで、太陽がおおよそどちらの方にあるかが言えるようになるぞ。ちーがくんは、どうしてだと思うかの？

ちーがくんの予想 ―― 欠けているのは、地球の影？

ちーがくん

えっと、欠けてるところは暗いから、あれは影ですよね！　地球の影が月にかかって、欠けて見えるんだ。あっ、それに、光ってる側が、お日さまの沈んだ方を向いてます！

はかせ号で、1か月前の宇宙へ

はかせ

うむ、暗いところを影と考えるのは、自然な考えじゃ。光っておる側の向きも、わしは大事な手がかりだと思うぞ。ほんとうに地球の影なのか、宇宙から見に行って確かめよう。1か月前の新月の日へ戻って、そこから今日の夕方まで、月の1か月を早回しで見るんじゃ。

ちーがくん

僕、地球の影が月にかかるところを、しっかり見張ってます！

はかせ

うむ、頼んだぞ。はかせ号は宇宙でもびくともせんし、わしらは窓の中から見るだけじゃ。宇宙からなら、太陽と地球と月の並び方が、ひと目で分かるはずじゃ。……それでは、はかせ号、出発じゃ！

9月11日の新月 ―― 月は自分では光らない

―はかせ号は光に包まれました。次の瞬間、窓の外は、まっ暗な宇宙になっていました。はかせ号のモニターには、青い地球と月が映っています。

ちーがくん

うわあ、まっ暗な宇宙に、地球が浮かんでます！　左の方から、まぶしい光が、まっすぐ何本も来てます！　地球のそばの、あの小さな玉が、月ですか？

はかせ

うむ、あれが月じゃ。ここは1か月前、9月11日のお昼すぎの宇宙じゃよ。左の端に見えておるのが太陽のふちで、太陽の光は左から、まっすぐそろって来ておる。光の筋は、向きが分かるように、はかせ号が描いた線じゃ。本当は、太陽は月までの約390倍も遠くて、ずっと大きいんじゃが、太陽が画面に入るように、はかせ号が映しておる。

ちーがくん

上から見る画になりました！　月の左半分だけが明るくて、地球の方を向いてる右半分は、暗いです。月って、自分では光ってないんですか？

はかせ

うむ、月は自分では光らん。太陽の光を受けて、いつも太陽の側の半分が照らされておる。いまは月が地球と太陽のあいだにおるので、照らされた半分は地球の反対を向いて、地球からは月がほとんど見えん。これが新月じゃ。この画は、太陽がいつも左にくるように映しておるぞ。

ちーがくん

地球と月って、こんなに近いんですか？　月も、思ってたより大きいです！

はかせ

うむ、本当の大きさで描くと、地球と月のあいだには、地球が30個ほど並ぶんじゃ。はかせ号が、見やすい大きさにして映しておる。本当の月の直径は、地球の4分の1ほどじゃ。それにな、この画では、月の通り道の少しの傾きは描いておらん。本当は、新月のたびに月が太陽の真正面を横切るわけではないんじゃ。

9月14日の三日月 ―― 地球を向いた半分

―はかせが、モニターの横のつまみに手をかけました。

ちーがくん

あっ、月が動きはじめました！　地球のまわりを、左から下の方へ回っていきます！　……止まりました。9月14日の夕方です！

はかせ

うむ、新月から3日ほどたった、9月14日の夕方じゃ。北の側から見下ろしたこの画では、月は、時計の針と反対の向きに、地球のまわりを回っておる。月の上の、水色の線で囲んだ所は、月のうち地球を向いた半分じゃ。地球から見えるのは、その半分だけなんじゃよ。

ちーがくん

地球から見えるのは、水色の線の内側だけなんですね！　その中に、明るいところが、細く入ってます。みかんの一房みたいな形です！

はかせ

うまいたとえじゃな。その一房を、地球から横向きに見ると、三日月の形になるんじゃ。月そのものは、いつも丸い球のままじゃよ。地球から見てみよう。

ちーがくん

わっ、細い三日月になってます！　右側が光ってます！

はかせ

うむ、これが地球の中心から見た、9月14日の夕方の月じゃ。この画は、地球が太陽のまわりを回る面の、北の側を上にして映しておる。宇宙に決まった上と下があるわけではないぞ。夕方の空で見るときとは、傾きがちがう。月の右側が光っておるのは、画面の外の右の方に太陽があるからじゃ。

地球の影は、月にかかる？ ―― 9月19日の半月

―モニターの画は、また上から見る画に戻りました。

ちーがくん

あっ、紫色の帯が出てきました！　地球から右の方へ、ずーっと長く伸びてます！　はかせ、これって、地球の影ですか？

はかせ

うむ、地球の影じゃ。この色の帯は、影のある場所を示すために、はかせ号がつけた色じゃ。本物の宇宙で、影がこんな色の帯に見えるわけではないぞ。地球の影は、太陽と反対の側へ、先へ行くほど細くなりながら、月の通り道よりずっと遠くまで伸びておるんじゃ。さあ、また進めるぞ。

ちーがくん

影は右で、月は左下です。……月が進みはじめました！　影は右に伸びたままで、月に近づきません！　なのに、水色の線の内側の明るいところが、どんどん広がって……ちょうど半分になりました！

はかせ

うむ、わしもそこを見てほしかったんじゃ。影は一度も、月にかかっておらん。月の照らされた半分は、月がどこにいても、太陽の方を向いておる。変わったのは月の位置で、月が地球のまわりを回るので、地球を向いた半分の中に入る照らされた部分が、細いくさびから半分へと広がったんじゃよ。

ちーがくん

じゃあ、欠けて見えてたのは、地球の影がかかったからじゃなくて、太陽の光が当たってない側が、こっちを向いてたからなんですね！

はかせ

その通りじゃ。暗く見える所には、はじめから太陽の光がじかに当たっておらんのじゃ。地球の影がかかって暗くなったのではないぞ。9月19日、月が太陽からちょうど直角の向きに来て、半月になったところじゃ。地球から見てみよう。

ちーがくん

右半分が、ぴったり光ってます！　半月です！

はかせ

うむ、照らされた半分のうち、地球から見えるのが、ちょうど半分なんじゃ。だから、月の右半分だけが光って見える。光っておる右側の、画面の外に、太陽がある。三日月のときも、半月のときも、光っておる側は太陽の方じゃな。

9月27日の満月 ―― 影にかからないのはなぜ？

―はかせ号の画が、また上から見る眺めに戻りました。

ちーがくん

月が、地球の右の方へ回っていきます！　水色の線の内側が、どんどん明るくなって……全部光りました！

はかせ

うむ、9月27日の夜明け前の満月じゃ。月は、地球をはさんで、太陽の反対の側に来た。照らされた半分は、やはり太陽の方を向いたままで、それがそっくり地球の方を向いておるので、まん丸に見えるんじゃよ。地球から見てみよう。

ちーがくん

まん丸です！　……あれ？　はかせ、満月のときは、月は地球の影の方にいるのに、どうして欠けないんですか？

はかせ

よい疑問じゃ。月の通り道は、地球が太陽のまわりを回る面から、5度ほど傾いておる。だから満月のころの月は、たいてい地球の影の北か南を、月の大きさの何個分か離れて通って、影を外れるんじゃ。影は月よりずっと遠くまで伸びておるので、月が影の先を通り越すわけではないぞ。ただ、この画では、その傾きは描いておらん。

ちーがくん

満月は、ふだん、影の北か南に外れて通ってるんですね！　じゃあ、ぴったり影にかかったら、どうなるんですか？

はかせ

うむ、それが月食じゃ。月食は満月のときにしか起きず、影にかかった所が暗くなる。一部だけかかるのが部分月食、すっぽり入るのが皆既月食じゃ。皆既月食でも、月は真っ暗にはならず、たいてい全体が赤黒くなるんじゃよ。満ち欠けとは、別の出来事なんじゃ。

欠けていく月と、今日の三日月

―はかせは、また、つまみに手をかけました。

ちーがくん

月が、地球の右から上の方へ回っていきます！　水色の線の内側の明るいところが、だんだん減って……半分になりました！

はかせ

うむ、10月3日、ちょうど半月になったところじゃ。9月11日の新月から、22日ほどたった。月は満月の位置を過ぎて、太陽の向きから数えて、4分の3ほどの所まで回ってきたんじゃ。照らされた半分は、やはり左の、太陽の方を向いたままじゃな。地球から見て、さっきの半月とくらべてみよう。

ちーがくん

えっ!?　今度は、左半分が光ってます！　満ちていくときは右から光ったのに、欠けていくときは、右側から欠けるんだ！

はかせ

うむ、満ちていくときも、欠けていくときも、光っておるのは太陽の方の側なんじゃ。この画では、満月の前は太陽が月の右側の外に、満月の後は左側の外にあるので、光る側が入れかわる。日本で南の空に見えるときも、左右はほぼ同じじゃよ。

ちーがくん

光ってる側が、いつも、お日さまのいる方を指してるんですね！

はかせ

よいところに気づいたのう！　月の光っておる側は、おおよそ太陽の方を指しておる。空でまっすぐ延ばすと、思ったより大きくずれて見えることもあるが、昼間の空に白い月が見えたら、光っておる側と太陽の向きを、くらべてみるとよい。ただし、太陽はまぶしいので、決して直接見てはならんぞ。では、月がまた新月の並びに戻るところまで、上から見て進めるぞ。

ちーがくん

月が上から左へ回って……明るいところが、見えなくなりました！　新月です！

はかせ

うむ、10月11日の新月を、少し過ぎたところじゃ。9月11日の新月から、およそ29.5日で、月はまた同じ並びに戻ってきたんじゃよ。ここからは地球の画で、月を真ん中に追いかけながら、今日の夕方まで進めるぞ。この画は、地球が1日に1回まわる動きを止めて映しておる。うしろの星が流れて見えるのは、月が星のあいだを、東へ進んでおるからじゃ。

ちーがくん

星が、右へ流れていきます！　見えなかった月の右側に、細い光が出てきて……今日の三日月になりました！

はかせ

うむ、今日、10月13日の夕方5時半の月じゃ。三日月は、空で太陽の近くにおる。だから日が沈んだあとの西寄りの低い空に、光った側を沈んだ太陽の方へ向けて見えるんじゃ。満月は太陽の反対におるので、日の入りのころに東から昇ってくる。庭で見た月が、あの場所で、あの向きに光っておったのは、そのためじゃよ。

裏庭に戻って、ちーがくんのまとめ

―はかせ号が裏庭に戻ると、南西の低い空には、さっきと同じ細い三日月が光っていました。

ちーがくん

はかせ、きょう見てきたこと、僕の言葉でまとめてみてもいいですか？

はかせ

もちろんじゃ、ちーがくん。聞かせておくれ。

ちーがくん

月は、いつも太陽の方の半分だけが光ってるんだ。光ってる半分は、月がどこにいても太陽の方を向いたままなのに、月が地球のまわりを回るから、僕たちから見える光った部分が、細くなったり丸くなったりする。片側からライトに照らされたボールを、自分のまわりでゆっくり1周させるのと同じなんですね。月は、その1周に1か月くらいかけてるんだ。地球の影で欠けてたんじゃなかったんだ！

はかせ

うむ、きょう見てきた月そのものじゃな！　形がもとに戻るまでの29.5日は、太陽との並びが戻るまでの日数で、遠くの星を目印にした1周は、それより2日ほど短いんじゃよ。ボールで試すなら、暗い部屋で、目の高さに置いた電気スタンドを1つ太陽のかわりにして、自分の頭の影がかからんように、頭より少し上に持って回すんじゃ。光って見える形の変わり方を確かめてみるとよい。電気スタンドの光は、直接見つめんようにな。

図鑑の写真と、沈んでいく三日月

―ちーがくんは、図鑑をひらいて、本物の月の写真を見くらべました。それから、もう一度、南西の低い空を見上げました。細い三日月は、地平線の方へ、少しずつ沈んでいきます。ちーがくんには、その細い光の向こうに、いつも半分だけ太陽に照らされた、まん丸な月が見えるのでした。