月はどうして形が変わるの？

仕組みの科学

月の満ち欠けは「月が自ら光らないこと」と「太陽・地球・月の位置関係が日々変化すること」の2つで説明できる。月の表面は太陽光を反射する半球と、影になった半球に分かれており、私たちが地球から見ているのはそのうちの「地球側を向いた面」だけ。地球側の半球のうち、太陽光が当たって明るく見える割合が「位相」として変化するのが月の満ち欠けの正体だ。

国立天文台の解説によれば、月と太陽が同じ方向にあるとき輝面は太陽側を向き、地球には暗い面を向けるので「新月（朔）」、反対方向にあるときは輝面がほぼ地球側を向くので「満月（望）」になる。両者の中間、直角に近い配置のとき、地球から見ると輝面が半分だけ見え「半月（上弦・下弦）」となる。月は29.5日かけて太陽との位置関係を一巡するため、地球から見える形は毎日少しずつ変化していく。観察日記をつけると、月の出る時刻も毎日約50分ずつ遅くなる規則性に自然と気づけるのも面白い。

歴史と発見

古代の人々にとって、月の満ち欠けは時間そのものだった。新月の日を月の始まりとする太陰暦は、メソポタミア・古代エジプト・古代中国・古代日本など世界各地で独立に発達した。29.53日という朔望月は12回でも約354日にしかならず、太陽年（365.25日）より11日短いため、農耕社会では季節とずれが生じる。これを補うため、太陽の動きも組み合わせた太陰太陽暦（旧暦）が編み出された。

日本の旧暦も太陰太陽暦で、新月を朔日（1日）、満月を15日と定めた。十五夜の中秋の名月、十三夜、二十六夜待ちといった伝統行事は、月相を社会のリズムに組み込んできた文化の証だ。17世紀のガリレオは望遠鏡で月を観察し、表面に山や谷があることを発見、月が他の天体と同じ「実在する世界」であることを示した。20世紀後半にはアポロ計画で人類が直接月面に降り立ち、月の岩石が地球と似た組成を持つことから「巨大衝突説」が有力な起源仮説となった。

もう一歩先

実際の朔望月は29.530589日と決まっているわけではなく、月の公転軌道が完全な円ではなく楕円であること、また地球の公転速度が季節ごとに変わることなどの影響で、1朔望月ごとにわずかに長さが変動する。長いときと短いときで6時間以上違うこともあり、月齢カレンダーの「次の満月までの日数」はその年ごとに微調整されている。国立天文台が毎年発表する暦象年表は、この変動を計算で予測している。

また、年に2〜5回、太陽・地球・月が一直線に並ぶときに「日食」や「月食」が起きる。新月のときは太陽-月-地球の順で並べば日食、満月のときに太陽-地球-月の順で並べば月食。普段の新月や満月で食が起きないのは、月の公転面（白道）が地球の公転面（黄道）から約5.1°傾いているため、ちょうど一直線になる機会が限られているからだ。JAXAキッズの「ウチューンズ」では、こうした天体の幾何学を子ども向けにイラスト解説しており、観察会や夏休みの自由研究の入口として活用できる。