中学受験 理科 日食と月食—太陽・地球・月の並びから隠れる天体を見分ける｜武蔵野個別指導塾

太陽・地球・月の並びと影から、新月や満月との関係を考えるのが日食と月食です。

日食は月が太陽を隠して見える現象、月食は月が地球の影に入る現象です。太陽から光が進む向きに、3つの天体を並べて考えます。

よくあるのは、日食と月食の図で地球と月の位置を入れ替えてしまう小6の場面です。名前を覚えていても、どこから何を見ているかが抜けると、図の真ん中に置く天体を取り違えます。まず太陽の光が届く道を指でたどり、その先にある天体と観察する場所を分けて考えましょう。

問われるのは並びと見えるもの

問題の型には、天体の並びから食の種類を選ぶものがあります。太陽、月、地球の順なら、月が太陽と地球の間にあります。地球上の観察者から太陽の方向を見ると、手前の月が太陽に重なって見えます。この順序を逆に読まないよう、太陽を光の出発点として印をつけます。

別の型では、地球の影を図に描き、月の位置と比べます。地球の影に月が入ると月食です。影の向きは太陽と反対側なので、地球から太陽へ向かう側に影を描いた答えは直す必要があります。図中の丸の大きさだけではなく、光が来る向きを見ます。

さらに、新月（しんげつ）や満月（まんげつ）のたびに食が起こるか、その理由を問う型もあります。新月や満月という条件と、実際に影が届くほど一直線に近く並ぶ条件を分けます。どの型でも、名前の暗記だけでなく、光、影、見る場所を言葉にすることが答えへの道になります。

光の道と影を分けて見る

太陽は自ら光を出し、地球と月は太陽の光を受けます。光をさえぎる天体の太陽と反対側には影ができます。図1は、上が日食、下が月食の並びです。矢印は太陽の光が進む向きを表します。大きさや距離は関係を見やすくするために変えてあります。

図1の上では、月の影が地球へ向かいます。影が届く地域で太陽を見ると、月が太陽の一部または全部を隠して見えます。日食は地球のどこからでも同じように見える現象ではありません。太陽を直接見ることは目を傷めるので、ここでは紙上の図と記録を使います。

図1の下では、地球が太陽の光をさえぎり、地球の影が月の方向へ伸びます。月がその影に入ると、月の一部または全部が暗く見えます。日食では月が太陽を隠して見え、月食では地球の影が月にかかるという違いを、影を作る天体の名前と一緒に押さえます。

新月は、地球から見て月が太陽とほぼ同じ方向にあるころです。満月は、月が太陽とほぼ反対の方向にあるころです。日食が起こるのは新月のころ、月食が起こるのは満月のころです。ただし「ころ」は必要な位置関係を表し、新月や満月のたびに食が起こるという意味ではありません。

月が地球のまわりを回る道は、地球が太陽のまわりを回る道と少し傾いています。そのため、新月のころでも月の影が地球の上側や下側を通ることがあります。満月のころも月が地球の影の上側や下側を通れば月食は起こりません。紙の上で3つの丸が一直線に見える図だけから、毎回影が重なると決めないことが大切です。

基本例題: 影の先にあるものを調べる

紙上の図2では、太陽の光が左から右へ進みます。Aは太陽、Bは月、Cは地球です。Bの影がCの一部に届いています。C上でBの月の影が届く地点から太陽の方向を見たとき、何という食が見えますか。また、そのころの月は新月と満月のどちらですか。名称で答えてください。

図2では、光の道の真ん中にBがあり、Bの右側に影が伸びています。地球の観察地点から太陽の方向へ視線をたどると、先にB、その向こうにAがあります。表に順番と役割を書き出すと、見えるものを取り違えにくくなります。

光の出発点はAです。AからCへ進む道でBが光をさえぎっています。地球Cの表面で月Bの影が届く場所では、月が太陽に重なって見えるため、答えは日食です。地球から見て月が太陽とほぼ同じ方向にあるため、月は新月のころです。

ここで、月が地球に影を作ることと、地球から月を見ることは別です。問題が聞いているのは、地球から太陽の方向を見たときの見え方です。影の先の観察地点を確認してから、視線を光の進む向きとは逆にたどると、手前に月があることを確かめられます。

仮に図のBとCの名前を入れ替えると、地球の影が月に届く並びになります。そのとき月を見れば月食です。丸の位置だけを覚えるのではなく、それぞれに名前を付けて影の持ち主を調べることが、似た図への対応につながります。

少し難しい例題: 月が影を通るか

太陽、地球、月の順にほぼ並ぶ満月のころを考えます。紙上の記録では、月の通り道は地球の影に対して次のようになっています。Pは影の中を通り、Qは影の上側を通ります。PとQのうち月食が起こるのはどちらですか。また、もう一方で起こらない理由を、影と月の位置を使って答えてください。名称と短い文で答えます。

まず、太陽と反対側に伸びるのが地球の影です。Pの月はその影に入るので、太陽の光が直接届かない部分ができます。Qの月は影の上側を通って入りません。したがって答えはPで、Qは月が地球の影に入らないからです。

この問題の分かれ目は、満月かどうかだけではなく、月の通り道が影と重なるかどうかです。地球から見た月の方向が太陽とほぼ反対でも、影を外れることがあります。「満月だから月食」と先に決めると、Qの条件を読み落とします。反対に、Pでは影の中を通ると与えられているので、月食が起こると判断できます。

影に入る部分が月の一部なら部分月食、全体が入るなら皆既月食（かいきげっしょく）と呼びます。この例題は影に入ることだけを示しているので、どちらかまでは決めません。図や文に書かれた条件から言える範囲で答えを止めることも、読み取りの一部です。

間違いを見つけたときの戻り方

「月食では月が地球と太陽の間に入り、地球から見た太陽を隠す」という答えを考えます。この文には、月が光をさえぎり太陽を隠すという日食の説明が入っています。名前と説明を対応させず、真ん中の天体だけを置き換えたことが原因です。

図3の上は月が影を作り、下は地球が影を作ります。まず太陽からの光の向きを指します。次に光をさえぎる天体に丸をつけ、その反対側へ影をたどります。最後に、観察者が何を見ているかを言います。月食なら「地球の影に入った月を見る」と直せます。

もう一つの誤りは「月の形が半分に見えるのは、いつも地球の影が月にかかるから」という説明です。ふだんの月の満ち欠けは、太陽に照らされた月の半分のうち、地球から見える範囲が変わるために起こります。月食は月が地球の影に入る特別な場合です。照らされていない側と地球の影を混ぜず、太陽の方向と地球から見る方向を分けて描きます。

図に影が描かれていないときも、太陽と反対側を探してから影の位置を書き足します。太陽と天体の間に影を置いた場合は、光がそこでさえぎられる前に影ができたことになり、筋道が合いません。どの天体がさえぎるのかを決めてから描き直しましょう。

図の条件を読み落とさないために

問題の図には、光の矢印があるものと、太陽の位置だけが示されるものがあります。矢印がなくても、光は太陽からほかの天体へ向かうと考えられます。まず太陽から地球と月の方向へ線をたどり、途中にある天体の後ろ側を探します。紙の上下は天体の名前を決める印ではなく、光の方向が影の向きを決める手がかりです。

影が天体に届くかどうかが示されていない図では、見かけの並びだけで食の発生を決められない場合があります。新月のころの図で月が太陽と地球の間にあっても、影が地球を外れる場合があるからです。月食についても同じように、満月のころという情報に加えて、月が地球の影に入るかを確かめます。問題に影の範囲が描かれていれば、その範囲と月の位置を比べます。

月食の名前に「月」が入るのは、地球から見た月が暗くなることに注目した呼び方です。一方、日食では地球から見た太陽が月に隠されます。名前にある天体と、光をさえぎる天体が同じとは限りません。名前からすぐ真ん中の天体を決める代わりに、何が隠れて見えるかを先に考えます。

記述問題では「地球の影に入る」と書くだけでなく、何が入るのかを明らかにすると伝わりやすくなります。「月が地球の影に入る」と書けば、影の持ち主と影に入る天体が区別できます。日食でも「月の影が地球に届き、地球から太陽が月に隠れて見える」と書くと、影と見え方の両方を示せます。

問題文の「一部」や「全部」も見逃さないようにします。影に入ったことだけが示されている場合、月の全体が入ったとは限りません。図の条件を越えて言い切らず、示された範囲を答えに使います。影の端も確かめましょう。

練習問題

次の問題は、いずれも紙上で考えます。実際の天体の大きさや距離の比は図に使わず、条件に書かれた位置関係を読み取ります。

1. 太陽、地球、月の順に並び、月が地球の影に入っています。地球から月を見ると何という食ですか。名称で答えてください。
2. 地球上のある地点に月の影が届いています。その地点から太陽を見ると、太陽の手前に見える天体は何ですか。名称で答えてください。
3. 新月のころ、月の影が地球の下側を通り、地球に届きません。このとき地球で日食が起こるか、起こらないかを選び、理由を短い文で答えてください。
4. 満月のころ、月が地球の影の外を通っています。「満月なら必ず月食になる」という文は正しいですか。正しいか正しくないかを選び、理由を短い文で答えてください。

答えと考え方

1. 月食です。太陽からの光を地球がさえぎり、その反対側の影に月が入っています。地球から見る対象は月で、月の一部または全部が暗く見えます。月が太陽を隠す日食とは、影を作る天体が違います。

2. 月です。月の影がその地点に届くには、太陽から地点までの光の道に月があります。地点から逆向きにたどれば、太陽の前に月が見えます。地球自身は観察者が立っている天体なので、太陽の手前にある天体として選びません。

3. 起こりません。月は太陽と地球の間の方向にありますが、月の影が地球を外れています。地球上の地点に影が届かないという条件から、月が太陽に重なって見える地点はありません。新月という条件だけで判断しないことが要点です。

4. 正しくありません。月食には月が地球の影に入ることが必要です。この月は影の外を通るので月食にはなりません。満月のころという位置関係は月食の条件の一つですが、それだけで影との重なりは決まりません。

覚えておくこと

日食は月が太陽を隠して見え、月の影が地球に届きます。
月食は地球の影に月が入り、月が暗く見えます。
日食は新月のころ、月食は満月のころに起こります。
月の通り道が傾くため、毎月影が重なるとは限りません。

家で確かめるとき

お子さまが並びを迷ったら、すぐに天体の名前を教える前に、太陽と光の進む向きを指してもらいます。次に「何が光をさえぎっていますか」と尋ね、さえぎる天体の太陽と反対側に影を指で伸ばします。そこで初めて、影がどの天体に届くかを確かめます。

日食と月食の名前を逆にした場合も、答えだけを直さず、地球から何を見ているかに戻ります。太陽を見るのか月を見るのかを言えたら、見える天体の手前やその周囲に何があるかを図でたどります。説明が止まったら図1の上段と下段を比べ、影の持ち主をそれぞれ指すところからやり直せます。

新月や満月を正しく言えても、毎回食が起きると答えることがあります。そのときは、図を横から見て月の通り道が傾いていることを思い出し、影の上側や下側を通る場合を言葉で示します。正解を先に渡さず、影と月が重なるかをお子さま自身が確認できれば、別の並びの図にも応用できます。光の道をたどれば、日食と月食の違いは自分の言葉で説明できます。