日食・月食とは？

日食は、月が太陽と地球の間に入り込み、その影を地表に落とすことで起こります。月の照らされた面が私たちではなく宇宙側を向く新月のときにしか起こりません。月の影は地球に比べて小さいため、日食は——皆既であれ金環であれ——地球のごく限られた地域を横切る、幅数百キロメートルほどの細い帯状の範囲からしか見ることができません。

月食はその逆で、地球が太陽と月の間に入り込み、その影を月面に落とすことで起こります。これは満月のときにしか起こりません。地球の影は月よりもはるかに大きいため、月食はそのとき夜側にある地球全体から同時に見ることができ、継続時間も日食よりずっと長くなります。皆既の状態が最大で2時間近く続くこともあり、皆既日食が数分程度しか続かないのとは対照的です。

三つ目の違いは、それぞれの観測の仕方を大きく左右するものです。日食を適切な保護なしに直接見ると、太陽そのものを見続けることになるため、視力に永久的な損傷を負う恐れがあります。一方、月食はどの段階であっても肉眼で見て完全に安全です。見ているのは、地球の大気を通って弱められた太陽光をかすかに反射している月にすぎません。

新月と満月は29.5日ごと——朔望月と呼ばれる周期——に繰り返されるため、もし食が月の満ち欠けだけで決まるなら、毎月日食と月食が起こるはずです。しかし実際はそうなりません。理由は、月が地球を回る軌道が、地球が太陽を回る軌道面(黄道面)と同じ平面上になく、約5.14°傾いているためです。ほとんどの月では、新月や満月のときに月がその線から数度上か下にずれた位置を通るため、月の影(月食の場合は地球の影)がもう一方の天体に届かずに素通りしてしまいます。

月の軌道は黄道面を、昇交点と降交点と呼ばれる相対する2点で横切ります。食が起こるのは、新月または満月がこの2つの交点のいずれかに月が近づいている時期と重なったとき、つまり各交点の通過を挟む約18日間の期間に限られます。この期間は年に2回、まれに3回訪れ、「食の季節(イクリプス・シーズン)」と呼ばれます。食が幾何学的に起こり得るのは、1年のうちこの時期だけです。しかも交点そのものも固定されておらず、太陽の重力の影響でゆっくりと西向きに移動し、18.6年で一周します。

その結果、暦の上では1年に少なくとも2回、多いときで5回の日食が起こり、月食は0回から3回起こります。ただし、この全体の数字は誤解を招きます。その多くは部分食であるか、海上や無人地域からしか見えず、皆既日食に限れば非常に細い帯状の地域からしか見られません。地球上のある1地点に限れば、皆既日食と皆既日食の間隔は平均して約375年にもなります。

日食が皆既になるか金環になるかは、ほとんど気まぐれとも言える細部によって決まります。月が地球を回る軌道は真円ではなくわずかに楕円形をしており、地球からの距離は近地点で約35万6,500km、遠地点で約40万6,700kmの間で変化します。この距離の変化により、空に見える月の見かけの大きさは、太陽よりわずかに大きくなったり小さくなったりします。一方、太陽の見かけの大きさは1年を通してほとんど変わりません。まったくの偶然によって、地球から見た太陽と月の見かけの大きさはほぼ同じなのです。

月が比較的近い位置にあるときに食が起これば、月の円盤が太陽を完全に覆い隠します。これが皆既日食です。皆既の状態が続く数秒から数分の間、太陽の直接光が消え、ふだんは太陽表面の明るさに隠れて見えないコロナ(希薄な外層大気)が姿を現します。日食をフィルターなしで見てよいのはこの瞬間だけであり、しかもそれは皆既帯の内側に限られます。

月が比較的遠い位置にあるときに食が起これば、月の円盤は太陽よりわずかに小さく見えるため、太陽を完全には覆い隠せません。月のシルエットの周りに、光球からの明るいリング(環)が残ります。これが金環日食です。この環は、どれほど細く見えても紛れもない太陽の直射光であり、金環日食では食の最大時であっても太陽フィルターを外すことは決してありません。スペインから見られる次の日食である2028年1月26日の日食はこのタイプにあたり、食分0.908では、通常の太陽光の17.6%に相当する光を残すリングが生じます。これは肉眼で安全に観測できる光量をはるかに超えています。

観測者が皆既帯や金環帯の外側にいても、月の半影(部分的な影)が届くより広い範囲にいれば、部分日食が見えます。月の円盤は太陽の一部だけを隠し、太陽を完全に覆うことも、完全なリングを形成することもありません。部分日食が見られる範囲は細い中心帯よりはるかに広いため、これは太陽食の中で圧倒的に多いタイプです。さらに、全太陽食の4%未満というごくまれな第4のタイプとして、金環皆既日食(ハイブリッド食)があります。これは地球の丸みの影響で、同じ食であっても経路の両端では金環に、中央部では皆既になるものです。月影の先端がぎりぎり地表に触れるかどうかの境界で起こります。

地球が宇宙空間に投げかける影は2つの部分からなります。太陽の直接光をすべて遮る暗い中心部の「本影」と、光を部分的にしか遮らない、より薄い外側の「半影」です。月がどちらの影にどの程度入るかによって、月食の種類が決まります。皆既月食では月全体が本影に入り、月を照らす太陽の直接光が消えます。しかし完全に真っ暗になるわけではありません。太陽光の一部が地球の大気を通過する際に屈折し、赤く色づいた光となって月に届くためです。これは夕焼けが赤く見えるのと同じ理由で、月に特徴的な銅色を与え、俗に「ブラッドムーン(血の月)」とも呼ばれます。

部分月食では、月の円盤の一部だけが本影に入り、月面を欠けさせるような暗い影が現れては後退し、月全体を覆うことはありません。3種類の中で最も分かりにくい半影月食では、月は半影だけを通過します。暗さの変化はごくわずかで、肉眼では気づかれないことも少なくありません。日食とは異なり、月食は3種類のどれであっても保護具なしで完全に安全に観測できます。太陽を直接見ることはなく、太陽光を反射する月を見ているだけだからです。