月にはなぜ満ち欠けがあるの？地球の影という誤解に頼らず教える方法

月がなぜ形を変えるのかとクラスで尋ねると、ほとんどの場合、地球が月の前に入り込み、影を落とすからだという答えが返ってきます。これは大人にもよく見られる、最も一般的な科学の誤解の一つです。もっともらしく聞こえますが、実際には間違いで、図だけでは驚くほど解きほぐしにくいものです。

この授業では、生徒が自分で影の説を確かめ、正しい説明に置き換えるための方法を学びます。

本当の理由を一文で

太陽は常に月のちょうど半分を照らしています。月が地球の周りを回るにつれて、照らされた半分の見え方が変わります。

月を覆っているものは何もありません。新月のとき、照らされた半分は私たちから見えない側を向いています。満月のときは、その半分が完全にこちらを向きます。その間の月は、照らされた半分と暗い半分を斜めから見た姿です。

上から見てみよう

重要なのは、2つの見え方を同時に示すことです。北極のはるか上空から見た、地球の周りを回る月と、地上から見た月です。月の満ち欠けの実験では、この2つを並べて表示します。月を軌道上でドラッグして動かしたり、ひと月分の動きを再生したりできます。

絵の中の地球の上に立って、それぞれの月を順番に見るよう生徒に促しましょう。太陽に最も近い位置では、暗い面だけが見えます。軌道を4分の1周した位置では、明るい面と暗い面が半分ずつ見えます。太陽の反対側では、照らされた面全体が見えます。

地球から見た月の姿

影の考え方を確かめる3つの方法

生徒に「影」という考えは間違いだと告げるだけではいけません。根拠を示し、生徒自身にその考えを退けてもらいましょう。

1. 影はどちらを向いていますか？

地球の影は常に太陽とは正反対の方向を向いています。上から見ると、地球の影が月に届くのは、月が反対側にある満月のときだけです。しかし、三日月が見えるのは、月が太陽と同じ側にあり、地球の影が届くはずのない位置にあるときです。

2. 形が違います

地球の影は丸く、月よりもずっと大きいため、影が月にかかると、光の当たっている部分には必ずへこみができます。ところが、満月を過ぎた月の光の当たっている部分は、両側にふくらんでいます。丸い影ではその形を作れませんが、片側から光を当てた球を斜めから見ると、毎月その形が見られます。

3. 影が見えることもあります

月が実際に地球の影を通過するとき、それを月食と呼びます。月食は満月のときにしか起こらず、2週間ではなく数時間で終わり、月がくすんだ赤色になることもよくあります。それが地球の影の見え方で、三日月とはまったく違います。

なぜ月食は毎月起こらないのでしょうか？月の軌道は約5度傾いているため、月はたいてい影の少し上か下を通過します。このラボでは、月の満ち欠けを見やすくするために軌道を平らにしています。そのため、生徒が基本的な仕組みを理解したあとで尋ねるのに適した質問です。

それぞれの満ち欠けはいつ見えますか？

月が昼間にも見えることに、生徒はよく驚きます。ラボで時刻を表示すると、同じ図から時刻表も導き出せます。月は毎日、約50分遅く空の最も高い位置に昇ります。

実験室の場合と同様に、緯度や軌道の傾きを考慮しない、おおよその現地時刻です。

上弦の月は12:00ごろに昇り、午後にはすでに空高くに見え、日が沈む前から空にあります。満月は太陽が沈むのとほぼ同じ18:00ごろに昇るため、一晩中空に見えます。宿題におすすめです。新月の数日後、放課後に月を探して、見えた形をスケッチしてみましょう。

北半球と南半球

オーストラリア、ニュージーランド、南アフリカ、または南アメリカで教えている場合、月は反転して見えます。満ちていく月は、右側ではなく左側が照らされています。この実験室には半球を切り替える機能があり、地球上のどこでも月の満ち欠けは同じで、変わるのは私たちの立つ位置と見方だけだと生徒に示せます。

授業の進め方

1. 月の満ち欠けがどのように起こると思うか、クラスの生徒に絵に描いてもらいましょう。その絵は取っておいてください。学習前の記録になります。
2. 上から見た図と地球から見た図を並べて表示します。1か月分をゆっくり再生し、名前の付いた各段階で止めます。
3. 地球を向いている半球を示すマーカーをオンにし、答えを明かす前に、各段階を予想するよう生徒に促します。
4. 上記の3つの影のテストを、クラスでの話し合いとして行います。
5. 説明図を描き直すよう生徒に促し、最初の図と比べます。

理解度を確認する質問

• 今夜、月が上弦の月なら、約2週間後にはどの段階になりますか？
• 三日月が真夜中に見えることがないのはなぜですか？
• 地球の反対側にいる人が今夜月を見たら、違う段階に見えますか？
• 新月のとき、月の裏側は暗闇の中にありますか？