中学受験 理科 月の満ち欠け—光の当たる側と地上から見える形を描き分ける｜武蔵野個別指導塾

太陽の方向と半月の明るい側、見える時刻を手がかりに、地球の影との違いからたどる月の満ち欠けです。

月の形は、太陽に照らされた半分のうち、地球から見える部分によって変わります。よくあるのは、半月を地球の影で隠れた形だと説明する小6の場面です。まず太陽のある向きと、地球から月を見る向きを別々にたどります。

問題ではどこを読むか

月の問題には、位置の図から形を選ぶ型があります。太陽の光がどちらから来るかを見て、月の明るい半分を決め、地球からその半分がどれくらい見えるかを考えます。図を上から眺めたときの明るい部分と、地上から見た形は同じ図ではありません。

別の型は、観察した形と時刻から位置や方角を考える問題です。日本の中緯度では、日没ごろに南の空で見える上弦（じょうげん）の月と、日の出ごろに南の空で見える下弦（かげん）の月を比べます。時刻は目安です。実際の高さや見える時刻は日や場所によって変わるので、問題に条件があればそちらを優先します。

さらに、日をおいた記録を並べたり、同じ形に戻るまでのおよその日数を考えたりする型もあります。日にちを計算する前に、出発点が新月なのか満月なのかを確かめます。曇りで見えなかった記録があっても、月そのものが消えたと考えず、見えない理由を区別しましょう。

照らされる半分と見える部分

月は自分で太陽のように光るのではなく、太陽の光を受けて明るく見えます。太陽に向いた側は照らされ、反対側は照らされません。図1では、太陽が左にあるので、どの位置の月も左側が照らされています。図は北側の宇宙から地球付近を見下ろした模式図（もしきず）で、距離や大きさは実際の比率ではありません。

図1の左の月は地球と太陽の間にあります。地球からは主に照らされていない側を向くため、新月（しんげつ）と呼びます。右の月では地球から照らされた側がほぼ全面見え、満月（まんげつ）です。新月や満月では必ず一直線に重なるわけではありません。図は位置関係をわかりやすく示したものです。

図の下の位置は上弦の月、上の位置は下弦の月に対応します。どちらも照らされているのは月の半分ですが、地球からはその半分が横から見えるため、円の半分が明るく見えます。日本の中緯度で月を正面に見る標準的な図では、上弦は右半分、下弦は左半分が明るく見えます。実際の空では月の傾きや見上げる方向によって、境目の傾きも変わります。

月は地球のまわりを公転（こうてん）し、太陽との位置関係が変わります。新月から上弦、満月、下弦を経て次の新月に向かう間に、明るく見える割合は増え、その後減ります。月の形が変化するという言い方は、地球から見える明るい部分の形についての言葉です。月そのものが削れたり太ったりするわけではありません。

新月から次の新月、または満月から次の満月までは平均約29.5日です。これは平均であり、毎回正確に同じ日数になるわけではありません。新月から満月まではそのおよそ半分で、約15日が目安です。実際の日付を厳密に決めるための数字として使わないようにします。

位置の図を読むときは、図の端に太陽が省略されていることもあります。その場合は「太陽は右方にある」のような文を探し、紙の端に太陽の方向を書き足します。月の左右だけを暗記すると、図の向きが変わったときに明るい側まで反対にしてしまうことがあります。太陽側を照らすという決まりは、図を回転させても変わりません。

地球上の観察者から月を見るときには、月と太陽の見かけの方向の違いも役立ちます。新月のころは太陽に近い方向、満月のころはほぼ反対の方向です。ただし、同じ「方向」という言葉でも、宇宙から見た位置と地上の空で見上げた方位は別です。どちらについて問うているかを、問題文の観察場所から確かめましょう。

基本例題：上からの図を見た形に直す

日本の中緯度のある地点で考えます。図2のように、太陽が左、地球が中央にあり、月が地球の下の位置にあります。地球の北側から見下ろした図です。この月を日没ごろ南の空で正面に見たとき、右と左のどちらの半分が明るく見えるでしょうか。また、月の呼び名を答えましょう。

図2では、まず左からの光を月までたどります。太陽に近い月の左半分が照らされるので、上から見た図にその半分を示します。次に、地球から月へ向かう線をたどります。地球からは照らされた側を横から見るため、月の円の半分が明るく見えます。

答えは、正面に見て右半分が明るい上弦の月です。図2の右端は、地上から月を見た形を別に描いています。左半分を塗った上からの図を、そのまま地上で見た形としないことが分かれ目です。視点を変える前と後で、図が表すものに名前を付けてください。

なぜ日没ごろ南に見えるのでしょうか。上弦の月は空で太陽から東におよそ直角の方向にあります。日本の中緯度で太陽が西に沈むころ、月は南の空に見えるのが目安です。昼ごろに東から昇り、真夜中ごろに西へ沈む、というおおよその流れも一緒に考えられます。目安なので、指定された観察条件と食い違う場合に数字を無理に合わせてはいけません。

図の読み方を言葉にすると、光の向き、地球から見る向き、明るい部分の順です。選択肢が似ているときは、いきなり右か左かを選ばず、月の位置と太陽の位置を指で結びます。その後で地球を指し、どちらの側を見ているかを説明すると、上から見た図と正面の図を取り違えにくくなります。

少し難しい例題：時刻から位置を絞る

日本の中緯度にある地点で、ある日の真夜中ごろ、南の空に丸く明るい月が見えました。次のアからウのうち、その月として最も適切なものを選び、理由を述べます。アは新月、イは満月、ウは下弦の月です。時刻はおよその目安として考えます。

まず丸く明るいという条件に注目します。新月では照らされた側が地球からほとんど見えないので、アは合いません。下弦の月は半月なので、ウも形の条件に合いません。満月は照らされた側がほぼ全面見えるため、イが形の条件に合います。

次に時刻を照らし合わせます。満月は太陽とほぼ反対の方向にあるので、日没ごろ東から昇り、真夜中ごろ南の空に見え、日の出ごろ西に沈むのが目安です。したがって答えはイです。形で選んだあと、時刻の条件も確かめると、読み違いに気づけます。

もし問題が半月という条件に変わったら、形の割合だけでは上弦と下弦を区別できません。日没ごろ南に見えるなら上弦、日の出ごろ南に見えるなら下弦という目安や、明るい側を使います。何を問われているかに応じて、割合と時刻のどちらが判断の決め手かを分けることが必要です。

新月は太陽に近い方向にあるので、昼ごろ南に来るのが目安です。しかし、太陽に近く、明るい側もほとんどこちらに向かないため、ふつうの観察では見つけにくい月です。太陽を直接見て探すのは危険です。図や紙上の記録で方向を考えましょう。

記録を比べる問題では、時刻が同じかどうかにも注意します。同じ形の月でも、時刻が違えば空の中での方位や高さは変わります。形が違う理由と、同じ日に空の中を動いて見える理由を、ひとつの説明にまとめないことが大切です。表にはまず日付と時刻、その横に形と方位を整理すると、何を比べたのかが見えてきます。

記録に方位が書かれていない場合、形だけからその観察時の正確な方位を決めることはできません。問題が示した条件から言える範囲まで答え、不足した情報を想像で埋めないようにします。平均の日数で見積もる問題でも同じで、概算と実際の日付の確定は分けて扱います。

誤答を直す：影と照らされない側

「半月は地球の影が月の半分にかかってできる」という答えを考えます。これは、暗い部分を見て、何かの影が必ずかかっていると決めたことが原因です。普段の満ち欠けでは、太陽から見て月の反対側が照らされず、地球から見える明るい範囲が変わります。

図3の左では、太陽の光を受ける月の半分と、地球から見える向きを示しています。暗い側は月自身の照らされていない側です。右では、地球の後ろにできる影の中へ月が入る場合を示しています。このとき起こるのが月食（げっしょく）で、普段の半月とは原因が違います。

直すときは、まず太陽から月まで光が届く道を指でたどります。次に地球がその道をさえぎる位置にあるかを見ます。地球が光をさえぎっていなければ、月の暗い部分を地球の影と説明できません。最後に、月の照らされた半分のうち、地球から見える範囲を考えます。

満月の位置に近くても毎回月食にならないのは、地球の影を月が通らないことが多いからです。図3の右は影に入る場合を取り出して描いています。満月という名前だけで月食と決めず、影と月の位置を確かめてください。

影を描くときにも、光の進む方向を先に矢印で書くと整理できます。地球の影は太陽と反対側に伸びるので、太陽と地球の間には描きません。月がその影の道筋から外れていれば、満月に近い位置でも月食とは限りません。

自分で試す4問

次の問題は、いずれも日本の中緯度にある同じ地点で考えます。方位と時刻は問題に示したおよその条件です。答えは月の名前、方位、日数または理由の形で書きます。

1. 日の出ごろ南の空に半月が見えました。正面から見て左半分が明るい月の名前を書きます。
2. 日没ごろ東の空から昇り始めた、ほぼ丸く明るい月があります。真夜中ごろ、どの方位の空に見えると考えられますか。方位で答えます。
3. ある新月から次の新月までを平均約29.5日とします。この平均をそのまま使い、新月から次の新月までの2回分は合計何日か、小数で答えます。
4. 雲のない空で観察を続け、数日後に月の明るい部分が細くなりました。「地球の影が毎日広がったためだ」と言う人に、通常の満ち欠けの原因を説明します。

答えと考え方

1. 下弦の月です。日の出ごろ南に見える半月という時刻の条件と、正面から見て左側が明るいという形の条件が合います。上弦も半月ですが、標準的には右側が明るく、南に見える時刻の目安も違います。

2. 南です。満月は太陽とほぼ反対の方向にあり、日没ごろ東から昇った後、真夜中ごろ南を通るのが目安です。東で昇った位置と、後の時刻に見える位置を同じにしないようにします。

3. 29.5日 + 29.5日 = 59.0日です。2回分の平均を足した計算結果です。個々の周期が毎回29.5日という意味ではなく、実際の新月の日付を59日後と断定することもできません。

4. 月が地球のまわりを動き、太陽に照らされた半分のうち地球から見える部分が変わるためです。地球の影に月が入る月食とは別の現象です。細くなったという観察から、影が広がったと決めず、太陽と地球と月の位置を考えます。

覚えておくこと

太陽に向いた月の半分が照らされます。
地球から見える明るい部分が変わり、満ち欠けになります。
上弦は日没ごろ、下弦は日の出ごろに南の空で見えるのが目安です。
地球の影に月が入る月食と、普段の満ち欠けは別です。

家で見守るとき

お子さまが半月を影だと答えたら、すぐに名前を言い直すより、図の太陽と月を指さしてもらいます。次に「光はどちらから来るかな」と尋ね、月の太陽側を指せるか見ます。そこで迷うなら、図1に戻って光の矢印を一緒にたどります。

照らされた側を示せても見える形が違う場合は、地球から月へ指を動かしてもらいます。上から見た図と、地上から正面に見た図が別だと確かめ、半分が見える理由を言葉にする時間を取ります。名称が出ない場合は、形や時刻の関係を先に話せれば十分です。

練習で間違えた問題は、答えを写して終えず、どの条件が決め手だったかを短く言ってもらいましょう。雲で見えないことと、照らされない側が向いていることも別の理由です。太陽の向きから見直せば、月の形を説明する道筋が残ります。