ほとんどの人が知っている日食の基本は、宇宙の 1 つの物体が別の物体に影を落とすことです。ここ地球で私たちが感謝する 2 つのフレーバーは、日食と月食です。月食は、地球の影が月面を覆うときです。日食は正反対で、月の影が地球の一部を覆っています。
月と比べた地球の相対的な大きさのため、月食は月全体を覆い、日食は地球の小さな領域に影を落とすだけです。しかし、その定義では、日食がいつ、どこで起こるか、またはなぜそれらが簡単に予測できないのかを教えてくれません。日食は多くの人を惹きつけて見に行くので、科学の腕前を披露し、周りの人にあなたが天才であることを納得させる良い機会です。何が起こっているのかを知っているように見せるために必要なすべての用語と専門用語を次に示します。
地球を回る月の軌道は完全な円ではなく、楕円を描いています。月の楕円軌道により、地球と月の間の距離は約 31,000 マイル変化します。この軌道の 2 つの極限は、近地点 (月が地球に最も近いとき) と遠地点 (最も遠いとき) と呼ばれます。この距離の変化は、月が最も近いときと最も遠いときに月を見た場合、約 14% の見かけのサイズの変化に相当します。スーパームーンやキングタイドについて聞いたことがあるかもしれません。月が最大に見え、この時期に潮汐に最大の影響を与えるため、これらは近地点に対応します。
月は地球の周りを 27.32 日で 1 周します。この期間は恒星月と呼ばれます。これはすぐに複雑になるため、名前に注意してください。楕円には、最も離れた 2 点である 2 つの頂点があります。これらを卵の上下と考えてください。月が移動する楕円全体も、非常にゆっくりではありますが、地球の周りを自転しています（完全に一周するのに約 8.85 年かかります）。月が楕円上の 1 つのアプシスから同じアプシスまで移動するのにかかる時間 (近地点間の時間) は、異常月と呼ばれます。この楕円はゆっくりと回転しているため、アプシスは 1 か月の間に月から少し遠ざかります。これにより、異常な月は 27.55 日続きます。
これらの 2 か月は、時期に応じて 29 日から 30 日の間である、シノドス月と呼ばれる満月の間の時間と混同しないでください。満月のタイミングは太陽と地球の間の角度に依存するため、その間に地球が移動した距離により、恒星月よりも時間がかかります。地球が太陽の周りを公転するのと同じ平面上で月が公転した場合、1 か月ごとに 2 回の食が発生します。月食と太陽食です。ただし、月の軌道面は地球から 5 度強傾いています。この傾斜は、ほとんどの場合、両方のボディの影が互いに回避するのに十分です。地球が太陽の周りを公転する平らな面は、黄道として知られています 飛行機。地球から見ると、太陽は黄道面に沿って直接位置しています。偶然ではありませんが、日食は月がこの平面を通過しているときにのみ発生します。
さらに複雑なことに、月の軌道面も徐々に地球の周りを回転します。この回転により、月が黄道面を通過するのにかかる時間が変わります。月が黄道面を 2 回通過する (下向きと上向きの完全なループを完了する) のにかかる時間は、竜の月と呼ばれ、27.21 日続きます。
日食のタイミング、場所、期間、および全体性はランダムではありません。したがって、科学者はそれらを正確に予測できます。ただし、これらの詳細を決定するための計算は、私たちのほとんどが高校で学んだニュートン物理学よりも複雑です。月が黄道面に沿っており、月が地球の中心と太陽の中心の間に引かれた線を通過するときはいつでも日食が起こります。月は満月と新月の時だけ地球と太陽と一直線になります。月食は、地球が太陽と月の間にある満月のときにのみ発生します。同様に、日食は、月が太陽と地球の間にある新月の間にのみ発生します。これらのイベントのいずれかが発生するためには、ドラコニック月とシノドス月のタイミングが同期している必要があります。
皆既日食について知っておく必要がある主な用語は、陰影、半影、全体の道です。図に示されているように、半影は、日食によって日陰になっている領域全体です。半影の場所から日食を見ている場合、太陽の光の一部が遮られる部分日食を見ることになります。アンブラは、太陽の光が完全に遮断される完全な影の領域です。運が良ければ、暗い場所から見ることができれば、空が夜のように暗く見える皆既日食を見ることができます。皆既日食は、常に狭い地域からしか見えません。この小さな影の領域は、全体性の道と呼ばれるもの、すなわち皆既日食を見ることができるすべての場所で地球の表面を横切ってトレースします.
どんな影にも影と半影があります。通常、地球上では、光源は影を落とすオブジェクトに比べて非常に小さいです。これにより、影がオブジェクトの後ろに大きく表示されます。これが、電球の光を使って壁に大きな影絵人形を作ることができる理由です。手は電球のフィラメントよりも大きいため、壁にある手の影は手よりも大きくなります。ただし、太陽は地球や月よりもはるかに大きいため、距離が長くなるにつれて両方の影が縮小します。太陽のすべての原子がそれ自体の周りのすべての方向に光を放つと想像すると、地球や月に到達する光波はすべて完全に平行ではありません.図では、太陽の中心にある原子からの光は、地球と月の中心を通る直線をたどります。ただし、太陽の上部にある原子から放射された光は、わずかに下向きの角度で月の上部に到達し、地球に到達するまで同じ角度で月を通過し続けます。太陽の底から発生する光波についても、上向きの角度を除いて同じことが言えます。これら 2 つの光波が出会う場所は、月の影が終わる場所であり、皆既日食が最後に見られる場所です。
月が楕円軌道を持っていることはすでに説明しました。同様に、太陽の周りの地球の軌道も楕円形ですが、真円に非常に近いです。地球の軌道により、太陽の相対的な大きさも地球上の観測者の視点から変化します。ここまで来たら、あなたは自問自答しています:月の大きさが 14% 変化すると、太陽の大きさはどれくらい変化するでしょうか?!?答えは、最大の1月から最小の7月までの間で約3%です。見た目の 3% は、地球と太陽の間の実際の距離の変化約 310 万マイルに相当します。興味のある方のために説明すると、これらのイベントは、1 月 3 日前後に発生する近日点と、7 月 4 日前後に発生する遠日点と名付けられています。それぞれの正確な時期は年によって異なります。太陽の大きさの 3% の変化はかなり小さいです。外に出て、この違いに気付く人は誰もいません。しかし、この 3% を月の 14% と組み合わせると、皆既日食の経路のサイズだけでなく、日食の持続時間にも大きな影響を与えます。
日食には、皆既日食と金環日食の 2 種類があります。月から地球までの距離はたまたま正確な長さであるため、陰影が地表に到達する場合 (皆既日食) と到達しない場合 (金環食) があります。地球上の一部の場所では皆既日食が見られ、別の場所では同じ日食中に金環しか見られないハイブリッド日食のようなものさえあります。金環日食には、半影の両側が交差する影の後ろの領域である前影と呼ばれる追加の用語が伴います。いくつかの平均値を使用して、月の影のおおよその長さを計算できます。科学者は、この長さの正確な測定値を使用して、日食が皆既または金環になる時期を判断します。地球の中心から月の中心までの距離は、約 221,500 マイルです。近地点で約252,700マイル。遠地点で。それを地球と太陽の間の距離と比較してください。 9140万マイル。そして約。 9450万マイル。これらは、太陽と月の間の可能な距離 (図の D) が約 9,075 万マイルの間で変動する可能性があることを意味します。そして9428万マイル。月が日食を起こすのに適した位置にあるとき。 432,288 マイルの平均太陽半径を使用。月の平均半径が 1079.5 マイルであるとすると、下の図から方程式 sin(θ) =(R – r)/D に従って月の影の長さ (d) を計算できます。
D の 2 つの値により、約 26 度から 27.5 度の間で変化する θ が得られます。これにより、図の d が約 228,000 マイルから変化します。約236,000マイルまで。この d は、月の中心から影の終わりまでの距離です。皆既日食を見たい場合は、月の中心から地表までの距離を d 未満にする必要があります。地球の平均半径 3959 マイルを使用すると、月の中心から地球の表面までの距離は、約 217,500 マイルから約 248,700 マイルの間で変化します。これらの数字を見ると、月が遠地点に近い軌道上のポイントにあるとき、皆既日食が見えないことは明らかです。この計算に使用したすべての単純化を考えると、全体の道の正確な位置、時間、およびサイズを計算することが非常に難しい理由もわかります。
日食と月食のタイミングは、太陽、月、地球の相対的な位置によって関連付けられています。 3天体の相対位置は約6585.3日(18年11日8時間)でほぼリセットされます。この期間はサロス サイクルと呼ばれ、キリストより数百年前にカルデア人 (現代の中東) によって最初に発見されました。この 6585.3 日の期間は、前述の太陰月の 3 か月 (会議、異常、および竜暦) に由来します。サロス サイクルは、この 3 か月間の最小公倍数 (5 年生の先生が 1 日必要だと言ったもの) と考えることができます。 1 つのサロス サイクルは、223 の会議月、239 の異常な月、および 242 の竜の月を同期させることに信じられないほど近いです。
地球上の私たちが次の日食がいつ起こるかを簡単に説明することを容易にしない要因は他にもあります。地球と月は事前定義された軌道に従いますが、これらの軌道は軌道面に沿って完全に平らではありません。両方の天体の軌道の高さにはわずかな変動があります。明らかに、これらの変化は日食に影響します。また、地球と月の速度は軌道として変化します。楕円軌道による定期的な速度変化と、考慮に入れる必要のあるわずかな偏差があります。この話の教訓は、科学者たちが日食を予測することを信頼することです。彼らは、これらの出来事を正確に計算するための強力な測定機器とコンピューターを持っているからです.
サロス サイクルは、6585 日ごとに地球上の同じ場所で同じ日食が発生することを意味するのではなく、3 つの天体の幾何学的配置がサイクルごとに非常に似ていることを意味します。 1 つには、サロス サイクルは整数の日数と等しくありません。最後に余分な 8 時間が追加されます。したがって、すべてのサイクルの後、日食を見ることができる地球上の場所は、経度で約 120 度西に移動します (8 時間 =8/24 =地球の公転の 1/3 =120°/360°)。つまり、3 サロス サイクル (54 年と 34 日) 後、すべてが正しく同期されるということですか?繰り返しますが、それほど単純ではありません。科学者を信頼してください。サロス サイクルは信じられないほど近い 私たちが議論した3つの月の周期を同期させることですが、それらは完全には一致しません.日食はより複雑ですが、月食はサロス サイクルにほぼ正確に沿って繰り返されます。これは、地球の影のサイズが月に比べて比較的大きいためです。そのため、日食を引き起こすために影を完全に揃える必要はありません。
これまで説明してきた基本事項はすべて、地球、月、太陽が完全に滑らかな球体であると仮定しています。本当じゃない。科学者たちは、これらの天体のすべての詳細を組み込むことにより、日食の予測を継続的に改善しています。ルナー リコネサンス オービターは、NASA の比較的新しいミッションで、月に関するより多くの情報を取得することを目的としています。 2009 年に打ち上げられた小型の衛星で、月の極の周りを周回し、表面を継続的に測定するさまざまなセンサーを備えています。この衛星からのデータにより、日食予測の精度が大幅に向上しました。月の表面は衝突クレーターやその他の地質学的特徴で覆われているため、影絵人形のように、表面の特定のポイントのプロファイルによって影の形状とサイズが異なります。科学者は、このより詳細な情報と、地球上の地理的特徴の高さを使用して、いつでも全体の領域に正確な形状を与えることができました.日食の予測をよく見ると、地表の影の形が円ではなく、側面が平らな楕円形のように見えることがわかります。
日食は、何千年もの間、すべての先進文明で十分に記録されてきました。これらの自然現象は、現在でも人気のある話題であり続けているため、これらの自然現象は、最も初期のポップ カルチャー イベントの一部と考えることができます。マヤ人 (他の文化の中でも) は天文学の専門知識で有名であり、マヤの写本を解釈した人類学者は、+/- 1 日以内の誤差で現代までの一部の食を予測したことを示しています。彼らが手元に持っていたツールを考えると、これは驚くほど正確です。古代の記録を見るときに考慮すべき要素の 1 つは、地球は常に同じ速度で自転しているわけではないということです。歴史上のほとんどすべての人が時間を測定する基準として 1 日を使用してきたため、この変動は地球時計の誤差と呼ばれます。この名前は、1 日の長さが (時計のように) 時間を測定するために使用されるという仮定に由来しています。回転率が変化すると、1 日の長さが変化し、時間測定に誤差が生じます。この長期的な変化は、太陽や月の潮汐や、氷河の融解や陸塊の移動による地球上の質量の移動などの要因によって引き起こされます。この変化の累積的な影響により、過去 3000 年間で真夜中の時刻が最大 7 時間ずれました。このゆっくりとした変化は、次の食までの時間の測定に顕著な影響を与えるほどではありませんが、古代文明からの食の記録を読み取る際に役割を果たします。
それが日食の背後にある簡潔で甘い科学です。日食の物理学をさらに深く掘り下げたい場合は、以下のリンクをチェックしてください。日食を安全に観察するには、太陽放射の大部分を遮断するフィルターが必要です (サングラスだけではありません)。幸いなことに、ソーラーフィルター付きのシンプルなメガネがオンラインで低価格で入手でき、ほとんどの日食の前にオンラインで宣伝されます.フィルターなしで太陽を直視しても安全な唯一の時間は、完全撮影中です。太陽が完全に遮られている場合は、遠慮なく直視してください。しかし、気をつけてください、全体は数分しか続きません。あなたが全体性の道を歩んでいるなら、部分日食はもっと長く続きます。この時間を利用して、なぜこのまれな出来事が起こるのかを説明できることをみんなに自慢することを忘れないでください.
使用した参照:
- NASA の Eclipse 2017 ホームページ:https://eclipse2017.nasa.gov/
- アメリカ天文学会の日食 2017 ホームページ:https://eclipse.aas.org/
- NASA の Eclipse Web サイト (科学が満載!):https://eclipse.gsfc.nasa.gov/
