月の満ち欠けと日食・月食Moon Phases and Solar & Lunar Eclipses

1予想しよう（触る前に）Predict (before you touch anything)

1. 月が欠けて見えるのは、何が原因だと思いますか。What do you think causes the Moon to look partly dark (its phases)?💡 月はいつも半分が太陽に照らされています。その照らされた半分を、地球からどの向きで見ているかに注目しましょう。Half of the Moon is always lit by the Sun. Pay attention to the direction from which we on Earth are looking at that lit half.
2. 新月や満月は毎月あるのに、日食や月食はなぜ毎月起こらないのだと思いますか。New moon and full moon happen every month. Why do you think solar and lunar eclipses do not happen every month?💡 月が回る道(白道)と、地球が太陽のまわりを回る面(黄道面)が同じ平面にあるかどうかを考えましょう。Think about whether the Moon's path (its orbit) lies in the same plane as Earth's orbit around the Sun (the ecliptic).

2動かしてみようTry it

1. 「⏸ 一時停止」で止め、「② 月軌道(白道)の傾き」を 0.0° にする。「① 月の位相 t」を 0 → 3.8 → 7.4 → 14.8 → 22.1 日と動かし、「② 地上から見た月」の形と名称、「① 俯瞰図」で月の明るい側の向きを記録する。Press "⏸ Pause" and set "② Tilt of the Moon's orbit" to 0.0°. Move "① Moon phase t" through 0 → 3.8 → 7.4 → 14.8 → 22.1 days and record the shape and name in "② The Moon seen from Earth" and which way the Moon's bright side faces in the "① Top view".
2. 位相を変えながら、「② 地上から見た月」の模様(クレーター)が回転したり別の模様に変わったりするかどうか、画面最下部の説明文で月が見える時刻と方角を確かめる。While changing the phase, check whether the markings (craters) on the Moon in "② The Moon seen from Earth" rotate or change, and read the line at the bottom of the screen for when and in which direction each Moon is seen.
3. 傾き 0.0° のまま、t を 14.6 → 14.75 → 14.9 日付近で少しずつ動かし(スライダーを選んで矢印キーで動かすと細かく動かせる)、「③ 日食・月食の断面図」と月の色、最下部の表示(半影月食・部分月食・皆既月食)を観察する。Keeping the tilt at 0.0°, move t slowly around 14.6 → 14.75 → 14.9 days (select the slider and use the arrow keys for fine steps). Watch the "③ Eclipse cross-section", the Moon's color and the bottom line (penumbral, partial, total lunar eclipse).
4. t = 0 日(新月)にして、断面図で月の本影が地球のどれくらいの範囲に落ちるかを見る。Set t = 0 days (new moon) and look at how much of the Earth the Moon's umbra covers in the cross-section.
5. 「② 月軌道(白道)の傾き」を 0.5° → 1.5° → 5.1° と大きくし、t = 0 日と t ≈ 14.75 日で食がどうなるかを確かめる。俯瞰図の昇交点・降交点(▲▼)の位置も見る。Increase "② Tilt of the Moon's orbit" to 0.5° → 1.5° → 5.1° and check what happens to eclipses at t = 0 days and t ≈ 14.75 days. Also find the ascending and descending nodes (▲▼) in the top view.

3確かめようCheck

1. 新月から約 29.5 日の間に、月の形はどの順に変わりましたか。上弦の月と下弦の月では、どちら側が光っていましたか。Over the roughly 29.5 days starting from new moon, in what order did the Moon's shape change? Which side was lit at first quarter and at third quarter?→ 新月(0 日)→三日月(約 3.8 日)→上弦の月(約 7.4 日)→満月(約 14.8 日)→下弦の月(約 22.1 日)→新月の順。上弦の月は右半分、下弦の月は左半分が光っていた。New moon (day 0) → crescent (about day 3.8) → first quarter (about day 7.4) → full moon (about day 14.8) → third quarter (about day 22.1) → back to new moon. At first quarter the right half was lit, and at third quarter the left half.
2. 俯瞰図で、月の明るい半分はいつもどちらを向いていましたか。地上から見た月の模様は変わりましたか。In the top view, which way did the Moon's bright half always face? Did the markings on the Moon seen from Earth change?→ 明るい半分はどの位置でもいつも太陽(左)の方を向いていた。地上から見た月の模様は回転も変化もせず、いつも同じ面が地球に向いていた(公転と同じ周期で自転しているため)。The bright half always faced the Sun (to the left), wherever the Moon was. The markings seen from Earth neither rotated nor changed, so the same side always faced Earth (because the Moon spins once per orbit).
3. 傾き 0° のとき、月食と日食はそれぞれいつ、どのように表示されましたか。With the tilt at 0°, when and how were the lunar and solar eclipses shown?→ 月食は満月のときだけで、t ≈ 14.75 日で月全体が地球の本影に入り赤銅色の皆既月食になり、その前後では部分月食(約 76 % が本影)、半影月食と変わった。日食は新月(t = 0 日付近)のときで、月の本影は地表のごく狭い帯にしか落ちなかった。Lunar eclipses appeared only at full moon: at t ≈ 14.75 days the whole Moon was in Earth's umbra and turned copper-red (total lunar eclipse), and just before and after it became a partial eclipse (about 76 % in the umbra) and then a penumbral eclipse. The solar eclipse appeared at new moon (around t = 0), and the Moon's umbra fell on only a very narrow strip of Earth's surface.
4. 白道の傾きを大きくすると、新月・満月のときの食はどうなりましたか。When you increased the tilt of the Moon's orbit, what happened to eclipses at new moon and full moon?→ 傾き 0.5° では満月で部分月食(約 36 %)、1.5° では月食も皆既日食も起こらず部分日食だけ、5.1° では新月・満月とも三体が一直線に並ばず、影がすれ違って食は起こらなかった。At 0.5° the full moon gave only a partial lunar eclipse (about 36 %); at 1.5° there was no lunar eclipse and no total solar eclipse, only a partial solar eclipse; at 5.1° the three bodies did not line up at either new or full moon, the shadows missed, and no eclipse happened.

4考えようThink further

1. 満ち欠けが地球の影によるものではないと言える理由を、シミュレーションで見たことから説明しましょう。Using what you saw in the simulation, explain why the phases cannot be caused by Earth's shadow.→ 上弦の月や三日月のとき、月は太陽-地球を結ぶ線から大きく離れていて、地球の影は月にまったくかかっていない。欠けて見えるのは、太陽に照らされた半球を横から見ているから。地球の影(本影)が月にかかるのは満月のごく短い時間だけで、そのときは月食として赤銅色に暗くなる。At crescent or first quarter, the Moon is far from the Sun-Earth line and Earth's shadow does not touch it at all. It looks partly dark because we see the sunlit half from the side. Earth's shadow (umbra) only falls on the Moon for a short time at full moon, and then it shows up as a lunar eclipse with a dim copper-red Moon.
2. 皆既月食は月が見えている地域ならどこでも同時に見られるのに、皆既日食はごく限られた場所でしか見られないのはなぜでしょうか。Why can a total lunar eclipse be seen at the same time from anywhere the Moon is up, while a total solar eclipse can be seen only from a very small area?→ 月食は月そのものが地球の影に入って暗くなるので、月が見える夜の側ならどこからでも同じように見える。日食は小さな月の本影が地球に落ちる現象で、本影は地表のごく狭い帯にしか届かないため、その帯の中にいる人だけが皆既日食を見られる。In a lunar eclipse the Moon itself goes into Earth's shadow, so everyone on the night side who can see the Moon sees it the same way. In a solar eclipse the small umbra of the Moon falls on Earth and only reaches a very narrow strip of the surface, so only people inside that strip see a total eclipse.

よくある誤解Common misconceptions

• 「月が欠けて見えるのは地球の影が月にかかるから」という誤解。満ち欠けは太陽に照らされた半球を見る角度の変化によるもので、地球の影が月にかかるのは月食のときだけ。"The Moon's phases are caused by Earth's shadow falling on it." The phases come from the changing angle at which we see the sunlit half; Earth's shadow falls on the Moon only during a lunar eclipse.
• 「新月のたびに日食、満月のたびに月食が起こる」という誤解。白道は黄道面に対して約 5° 傾いているので、ほとんどの新月・満月では三体が一直線に並ばず、食は起こらない。"There is a solar eclipse every new moon and a lunar eclipse every full moon." The Moon's orbit is tilted about 5° to the ecliptic, so at most new and full moons the three bodies do not line up and no eclipse occurs.

用語（日本語 / English）Key terms (Japanese / English)