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「巻頭言
～宇宙のドラマを捉えよう～」
年は世界天 文年です。か のガリレオ ・ガリレイが小さな望遠 鏡を夜空に向け、宇宙への扉を 2009 開きはじめた 1609 年から、ちょうど 400 年目を記念し、国際連合、ユネスコ（国連教育科学文化機 関 、国際天文学連合が定めたものです。） 「宇宙 … 解き明かすのはあなた」というスローガンのもと、世界の 136 の国と地域で、天文学と 科学に関する行事がさまざまな規模や形態で展開されつつあります。日本でも様々な企画が遂行され ています。特にガリレオが味わった感動と興奮を追体験することは、世界天文年にもっとも相応しい 。 「 」 （ ） 企画かもしれません 中でも 君もガリレオ プロジェクト http://www-irc.mtk.nao.ac.jp/~webadm/Galileo/ は、ガリレオのような小さな望遠鏡を自作して、それを用いて様々な天体を観測する追体験プログラ ムですが、そのひとつに太陽と日食観察があります。 ガリレオは、当時、完全無欠の球体と考えられていた太陽の表面に、姿を変える黒い斑点を発見し ました。これが黒点の発見です。そして、黒点の動きや変化を連続的に観察し、動くスピードが縁ほ ど遅く、中心部ほど早いことや、面積を持つ黒点の形が縁に行くほどひしゃげていくことを見いだし ました。ガリレオは、こうした観察事実から、黒点が太陽表面に存在する面積をもつものであり、生 成消滅するばかりでなく、太陽の自転と共に動いていくことを見抜いたのです。しかも 「その正体、 については、現段階ではわからない」と自らの限界もしっかりと認識していました。 そんな太陽に、いま異変が起きています。太陽の活動周期は約 11 年といわれていますが、現在、 その極小期 がやや伸び気味で、13 年目に突入しても活動はいまだに低調なままです。なにしろ、太 陽の活動は、まだよくわかっていません。17 世紀から 18世紀の初めにかけては、11 年周期の極大時 期に相当する時にも、黒点がほとんど発生しなかったといわれています。これはマウンダー極小期と いわれ、地球でも全体に寒い時代になって、冬のテムズ川は凍りつき、ヨーロッパでのペストなどの 流行の時期と一致しています。太陽活動の研究は、地球環境にも影響を与えるという観点からも大切 ですが、太陽活動の盛衰パターンさえも、ガリレオ以来、400 年たっているにもかかわらず、よくわ かっていないのが現状です。数百年、あるいは数千年の間に太陽が周期性を持っているのかどうか、 よくわかっていません。その意味で黒点観測は、気象観測に相当する太陽の謎を解く基礎資料となり ます。そして、小さな望遠鏡でも天文学への寄与が可能な分野です。ぜひ高校生の皆さんには、太陽 の観測にチャレンジして、太陽の謎を解く一端を担ってほしいと思います。 また、今年は日本としては 46 年ぶりの皆既日食が起こります。月が太陽を隠す現象です。もちろ ん、皆既日食そのものを眺められるのは、ほんの一部の方々だけでしょうが、日本全国でかなり深い 部分日食となります。この部分日食という宇宙のドラマを、ぜひ一期一会の心構えで、さまざまな方 法で観測し楽しんでほしいと思います。 世界天文年を機会に、夜空を見上げ、広大な宇宙の中の地球、その地球の上に生きる生命や人間の 存在に思いを馳せ、かつてのガリレオがそうであったように、高校生の皆さんにもそれぞれ自分なり の発見をしてみてほしいと思っています。 運営委員長 渡部潤一Ｃｏｎｔｅｎｔｓ
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「巻 頭言
～ 宇宙のドラ マ を捉え よう ～」
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２ Ｃｏｎｔｅｎｔｓ ３ はじめに２
日食観測ガイド
５
日食観測の注意点 ５ 日食予報値 ６８
２－１
部 分日食 の基 本的 な観測方 法
２－１－１ 食分の測定 ８ ２－１－２ 眼視による観測 １０ ２－１－３ カメラによる撮影 １２ ２－１－４ 観測結果からわかること １５１９
２－２
日食の 様々な 観測方法
２－２－１ 明るさや気温の変化 １９ ２－２－２ 日食の電波観測 ２１ ２－２－３ 皆既日食の観測 ２３ ( ) 皆既日食観測成功の秘けつ1 ２３ ( ) 皆既日食時のさまざまな現象2 ２５ ( ) 皆既日食の撮影3 ２９ ( ) コロナの広がりを観測しよう4 ３２ ( ) シャドウバンドの観測5 ３４２－３
データ の報告
３６
２－４
日 食の予報 計算
３８
２－５
参考書 籍，サ イト
４６
観測ガイドブック編集員（五十音順） Astro-HS 石川勝也（開成学園高等学校） 小田 玄（修道中学・高等学校） 小菅 京（東京工業大学付属科学技術高等学校） 坂江隆志（埼玉県立浦和西校等学校） 篠原秀雄（埼玉県立蕨高等学校） 相馬 充（自然科学研究機構・国立天文台） 高橋 淳（茨城県立水海道第一高等学校） 塚田 健（姫路市立宿泊型児童館・星の子館） 時政典孝（兵庫県立西はりま天文公園） 西谷 徹（岐阜県博物館） 林 文雄（國學院久我山高等学校） 藤沢健太（山口大学理学部） 渡部潤一（自然科学研究機構・国立天文台） ■表紙の写真 ・ダイヤモンドリング／ ベネズエラにて 1998 年 2月 26 日 撮影：石川勝也 ・奄美大島の海／ 奄美大島にて2005年7月13日 撮影：説田健一（岐阜県博物館） ※ 上 記 の ２ 画 像 を 画 像 処 理 によ り 合 成 ■裏表紙の写真 ・日食の連続写真／ 東京都心にて1997年3月9日 撮影：石川勝也はじめに
7月22日（水）に日本全国で日食が見られます。月が太陽の前面を通過して太陽が欠けて見える現 象 です。 欠け方 は場所 によっ て異な りますが 、最も 大きく 欠ける のは1 1時前 後です 。今回 の日食は 種 子 島 南 端 、 奄 美 大 島 北 部 と 、 両 者 の 間 に あ る 島 々 で 皆 既 日 食 に な り ま す 。 日 本 で 皆 既 日 食 が 見 ら れ る の は 4 6 年 ぶ り で 、 次 に 日 本 で 皆 既 日 食 が 見 ら れ る の は 2 6 年 後 で す 。 皆 既 日 食 が 見 ら れ る の は 一 部 の 人 々 に 限 ら れ ま す が 、 日 本 全 国 で も 食 分 が比較的大きな部分日食が見られます。 に 東 京 で 見 る 部 分 日 食 の 様 子 図 １ ， ２ と 、 皆 既 食 帯 中 心 付 近 に あ る 悪 石 島 で 見 る 皆 既 日 食 の 様 子 を 示 し ま す 。 図 の 中 に 示した数字は食分で、太陽の直径のうち、 欠 け た 部 分 の 割 合 を 示 す も の で す 。 こ の 図 を 比 較 す る こ と で 、 日 食 の 見 え 方 が 場 所によって異なることがわかるでしょう。 日 食 の 見 え 方 が 見 る 場 所 に よ っ て 異 な る のはどうしてでしょう。次にそ れを考えてみます。 日食は観測者が月の影の中に 入ることで見られます。図３に 示すように、影には太陽の一部 が見える半影と、全く見えない 本影、それから本影の延長に当 たる擬本影があります。観測者 が 半 影 の 中 に 入 る と 部 分 日 食 が、本影の中に入ると皆既日食 が、そして擬本影の中に入ると 金環日食が見られるのです。次 のページの図４は今回の日食に ついて、太陽から見た地球と影 の様子を示したもので、日本で 日食が始まるころの9時50分と日食が終わるころの12時20分の様子を描いてあります。この図４によ って、日食の起こる時刻が場所によって変わることが理解できるのではないでしょうか。影が動くの は月が動いているからですが、地球上の地点も地球の自転によって動いていて、日食の起こる時刻に 、 。 、 は 両方の動きが関わっていることがわかるでしょう 日本各地での日食の観測結果を集めることで この影の動きや地球の自転を感じ取れたら、おもしろいと思いませんか。そのためにも、今回の日食 を全国の仲間といっしょに観測して、それを比較してみましょう。 日食は地球から見て太陽と月が同じ方向に来る新月のときに起こります。しかし、新月は毎月ある のに、日食は毎月起こるわけではありません。日食が見られるのは、世界的に見てもだいたい半年に 1 回 程 度 で す 。 な ぜ で し ょ う 。 これは、地球の周りを回る月の 軌道面が太陽の周りを回る地球 の 軌 道 面 に 対 し て 約 5 ° 傾 い て 。 、 いるためです 新月といっても 月が太陽の北側や南側を通って しまうことが多いのです。 今回の日食は皆既食継続時間 が硫 黄 島 の 近 く で 6 分 3 9 秒 にな り、皆既時間がとても長いとい う特徴があります。実際、これ は今世紀の最大なのです。今世 紀に起こる皆既日食で皆既食継 続時 間が 次に 長い のは 2 02 7 年8 月 2 日 に ア フ リ カ 北 東 部 で 見 ら れる も の で 、 6 分 2 3 秒 で す 。同 じく皆既日食といっても、その継続時間が日食ごとに異なりますし、太陽と月が重なって見えても、月のほうが小さくて金環日食に なることもあります。このような違いはどうして起こるのでしょう。 太陽の周りの地球の軌道も、地球の周りの月の軌道も楕円ですから、太陽も月も時により距離が変 わり、したがって見かけの大きさも変わるのです。地球の軌道で太陽に最も近い点を近日点、最も遠 、 、 、 。 い点を遠日点といい また 月の軌道で地球に最も近い点を近地点 最も遠い点を遠地点といいます 皆既食継続時間が長くなるのは、日食のときに月が大きく太陽が小さく見えるときです。月の大きさ の変化の方が大きいので、特に月の距離が小さいということが皆既食継続時間が長くなるために重要 です。今回 の日食は、7月22 日5時14分に 月が近地点を通過した直後で、地球も7月4日に遠日点を通 過してまもなくに起こるということで、皆既食継続時間が特に長くなっているのです。 同じような条件の日食が6585日 (18年11日、ただしこの間に閏年の2月29日が5回あれば18年10日 になる) ごとに起こることが知られています。これをサロス周期といい、紀元前600年ごろにカルデ ア人 が発見した周 期です。上 に、今世紀 で次に皆既食継続時間が長い日 食が2027 年8月2日に起こる と書きましたが、これは今回の日食からサロス周期だけ離れたものです。ただし、見られる場所は西 に約120°ずれて、その日食は日本では見られません。20世紀の皆 既 食 継 続 時 間の最大は1955年6月 2 0日に あった 7分8 秒だった のですが、 これも今回の 日食からサ ロス周期の 整数倍だけ 離れていたも のでした。 地球から見て太陽と月の大きさがほぼ同じに見えるというのは全くの偶然に起こった自然の不思議 ですが、このために皆既日食になったり金環日食になったりしますし、皆既日食のときには太陽の周 囲にきれいなコロナが見られるのです。太陽系には衛星を持つ惑星が多いですし、木星や土星は衛星 の 数が6 0個 を超え ていま すが、 地球の月 のよう に、そ の惑星 から見て 太陽と ほぼ同 じ大き さに見え る衛星は他にはなく、衛星のほうがずっと大きく見えるか、あるいは太陽のほうがずっと大きく見え るかのいずれかです。人類が住んでいる地球にだけ、このようなちょうどよい大きさの衛星があると いうのは、奇跡とも言えるものだと思います。 、 、 、 この観測ガイドでは 日食の観測について 食分を測ったりスケッチをしたりといった方法の他に ピンホールやカメラなどを使った観測方法なども紹介しています。さらに皆既日食時に見られる現象 も説明しています。皆既日食が観測できる地点でも、その前後に起こる部分日食から観測することに なります。部分日食は太陽面の一部が欠けるとはいえ、その明るさは強烈なままですから、いかに減 光するかが日食観測の大きなポイントになります。この観測ガイドの説明を参考に、各グループで工 夫をして観測に臨んでください。また、目を守るために細心の注意を払ってください。 この観測会では、日食予報計算への挑戦も呼びかけます。上で説明したように、日食は見る地点ご とに見え方が異なります。自分のいる場所でいつ、どちらから欠け始めるのか、最大食分はいくつに なるのか、などを自分で計算できたら楽しいでしょう。計算というと難しいと思う方もいるかもしれ ませんが、順を追って計算していけば、それほど難しいものではありません。このマニュアルでは、 高校生の皆さんにもわかるように、計算の仕方を説明しています。これをじっくり読んで、ぜひ、皆 さんの手で予報計算にも挑戦してみてください。
２
日食観測ガイド
＜日食観測の注意点＞
■ 安全に日食観察 日食を観察する機会は、誰しもそれほど多くありません。経験が少ないことに加え、失敗できな いという緊張感も相まって、誤った観察のしかたをしてしまうことも多く、その結果として取り返 しのつかないような体へのダメージを与えてしまう危険性もあります。 ■ 「眩しくない」は「安全」ではない！ これまで長い間、太陽の観察は「眩しく見えなければよい」という間違った認識で伝えられるこ とが多く、そのために黒い下敷きや写真フィルム、すすガラス等が、眼視による観察道具あるいは 。 、 。 その代用品として紹介されていました しかし近年では そのような方法はタブーとされています その理由は、上述のような物品は、可視光線は減光させても赤外線は通してしまっている場合があ るからです。仮に赤外線が目に入ったとしても、それは人間にとっては「目に感じない光」なので 眩しく感じることはなく、長い時間太陽を観察する間に本人が自覚のないうちに網膜を痛めてしま うことが大いに予想されます。 ■ 安全な眼視観察道具 では 、 ど うや っ たら 安 全に 太陽 の 眼視 観 察を す る こと が でき る でし ょ うか 。そ れは 、信 頼の お け るメ ー カー に より 安 全性 が公 表さ れて いる 。 眼視観察用フィルターを用いる他にありません 高校 生 天 体観 測 ネッ ト ワー クで は 、世 界 天文 年 日 本委 員 会が 推 奨し た ㈱ビ クセ ン製 の日 食グ ラス（図1）を、各グループに配布しています。 こ の 日食 グ ラス は 、フ ィ ルタ ーの 安全 性（ 材質 ・ 太 陽光 の 透過 率 が適 正 ）及 びフ レー ムの 形状 等 の 工夫 に より 、 太陽 観 察に 詳し くな い高 校生 にとっても、安心して使えます。 しかし、いくら推奨の日食グラスをもってしても、誤った使い方をしては意味がありません。日 食グラスは減光率が大きいので、使用をはじめてしばらくの間は太陽がよく見えないこともありま すが、目が慣れるまでの辛抱です。我慢できずに日食グラスを目から外して直接太陽を見てしまう と、目を痛めてしまいます。 ■ 望遠鏡や双眼鏡の扱いにも注意 日の当たる場所に、光を集めることのできる道具すなわち望遠鏡や双眼鏡を、放置しないように しましょう。どのような具合で太陽光線がそれらに入射するかわからず、思わぬところで集光され た太陽光が目にはいるとも限りません。なにしろ、太陽光線も焦点の位置も空間の中では見えませ んので、十分な注意が必要です。同様に、望遠鏡を使うときは、ファインダーは外しておくか、ま たは、キャップを固定するなどの方法で、光が入らないような工夫をしましょう。 ■ 体調管理も万全に 日食の観測は、当然ながら日中です。しかも今回の日食は真夏です。長い時間にわたって野外に いるのは、体力をかなり消耗させます。最も心配しなければならないのは、熱射病です。日傘を使 うなどして直射日光を浴びることによる体温上昇を防止し、水分も十分にとりましょう。 また、日焼けにも注意し、肌の露出が多くならないようにしましょう。炎症が広がると、体力消 耗の要因ともなります。目にも注意が必要です。皆既中に直接太陽を見なくとも、強烈な日差しが あたりに降り注いでいることには違いません。ひさしのある帽子をかぶるとか、サングラスをかけ るようにしましょう。 「 」 図1 世界天文年日本委員会推奨 日食グラス＜日食予報値＞
、 （ ）。 、 、 みなさんご存知のように日食は 月が太陽を覆い隠す現象です 図１ この日食には 部分日食 皆既日食、金環食の３つがあります。今回の日食は鹿児島県の一部の島で皆既日食が見られる他、日 本全国で部分日食が観測できます。部分日食は、月が太陽の一部分を覆い隠した状態です。図１の半 影の中にいる観測者が部分日食を観察できます。皆既日食や金環日食の前後も部分日食の状態です。 日食は、見る場所によって、どのくらい深く欠けるかも違うし、日食が始まる時刻や一番大きく欠 ける時刻・日食が終わる時刻、そして太陽の欠け具合を表す食分も異なります。食分とは太陽の視直 径(AB)に 対して、 欠けた 部分の 最も太 い幅(BC)の 割合で 表しま す（図２ ）。 おもな地 点における、 日食の開始・最大・終了時刻と食の進行を表した等時刻線図を、それぞれ表１と図５に示します。 図１ 日食の模式図 図２ 食分Ｄの求め方 Ｐ Ｖ ｈ Ｐ Ｖ ｈ Ｐ Ｖ ｈ ｈ ｍ ｓ 度 度 度 ｈ ｍ ｓ 度 度 度 ｈ ｍ ｓ 度 度 度 稚 内 10 8 12 257 289 59 11 9 18 0.432 204 217 64 12 10 30 151 139 64 旭 川 10 7 18 260 294 60 11 11 24 0.474 205 216 66 12 15 18 149 132 65 札 幌 10 4 30 262 298 60 11 10 18 0.505 205 219 66 12 16 0 147 131 66 釧 路 10 10 24 261 293 62 11 15 6 0.478 205 212 67 12 19 18 149 127 65 帯 広 10 7 54 262 295 61 11 13 18 0.492 205 215 67 12 18 18 148 128 65 函 館 10 1 54 265 304 60 11 10 6 0.551 205 221 67 12 18 24 144 127 67 青 森 10 1 0 267 308 60 11 10 48 0.579 205 222 68 12 20 36 143 124 68 秋 田 9 58 48 269 313 60 11 10 30 0.619 205 224 69 12 22 18 140 121 69 仙 台 9 59 12 272 317 62 11 12 54 0.656 205 224 71 12 26 24 139 113 69 福 島 9 58 6 273 320 61 11 12 36 0.676 205 225 71 12 27 0 138 112 70 水 戸 9 57 18 276 325 62 11 13 42 0.718 206 227 72 12 29 54 135 106 71 東 京 9 55 36 277 329 62 11 13 0 0.749 206 230 73 12 30 24 134 104 72 新 潟 9 55 24 273 321 60 11 9 54 0.686 205 229 70 12 24 42 137 116 71 富 山 9 51 12 276 328 58 11 7 24 0.742 205 236 70 12 24 30 133 115 72 長 野 9 53 0 276 327 60 11 9 18 0.733 205 233 71 12 26 0 134 112 72 静 岡 9 52 36 279 333 60 11 11 0 0.784 205 235 73 12 29 36 131 105 73 名古屋 9 49 48 279 334 59 11 7 54 0.793 205 239 71 12 26 54 131 110 74 金 沢 9 50 6 276 329 58 11 6 24 0.751 205 237 70 12 23 48 133 116 73 京 都 9 47 36 279 336 57 11 5 48 0.809 204 242 70 12 25 12 129 113 74 大 阪 9 46 54 280 337 57 11 5 30 0.823 204 244 71 12 25 24 129 112 75 津 9 48 54 280 336 58 11 7 30 0.811 205 241 71 12 27 6 130 109 74 和歌山 9 46 18 281 339 57 11 5 12 0.839 204 245 71 12 25 42 128 111 75 岡 山 9 44 6 280 338 55 11 2 24 0.836 204 247 69 12 22 42 127 118 75 松 江 9 43 0 279 336 54 11 0 18 0.817 203 247 68 12 19 48 128 124 74 広 島 9 41 24 281 340 54 10 59 42 0.858 203 250 68 12 20 30 126 123 76 高 松 9 44 12 281 339 55 11 2 54 0.845 204 247 69 12 23 30 127 116 75 徳 島 9 45 6 281 340 56 11 4 6 0.850 204 247 70 12 24 54 127 113 75 高 知 9 43 0 282 343 55 11 2 18 0.875 204 250 70 12 23 48 125 115 76 福 岡 9 37 36 282 344 51 10 56 6 0.898 203 254 66 12 17 48 123 129 76 大 分 9 39 30 283 345 53 10 58 42 0.901 203 253 68 12 20 42 123 123 77 長 崎 9 36 24 284 347 51 10 55 24 0.929 203 256 66 12 17 54 121 130 77 熊 本 9 37 48 284 346 52 10 57 0 0.921 203 255 67 12 19 30 122 126 77 鹿児島 9 37 18 286 351 52 10 57 18 0.963 203 258 67 12 20 48 120 124 78 奄 美 9 35 24 292 2 51 10 56 54 1.002 23 87 68 12 22 24 114 123 81 那 覇 9 32 42 296 9 48 10 54 0 0.917 23 93 66 12 20 12 109 139 83 石 垣 9 27 36 300 15 44 10 46 42 0.834 21 97 61 12 12 18 103 166 80 父 島 10 1 24 292 1 68 11 27 6 0.983 208 227 83 12 50 30 123 59 72 母 島 10 1 36 293 3 68 11 27 36 0.997 208 228 83 12 51 18 122 57 72 表１ ２００９年７月２２日 部分日食（一部皆既日食）の各地の予報 食の最大 時刻 欠け終わり 時刻 食分 欠け始め 時刻 地名※ 表中のＰ，Ｖは太陽面中心に対する欠けた部分の中央点の位置角で、それぞれ、天の北極方向と
天頂方向を基準に反時計回りに測る。またｈは太陽高度です（図３，４参照 。）
※ なお、各観測地のより詳細な予報値は、本観測ガイド２－３「日食の予報計算」で算出するか、
の 上にある シートを利用して求めることができます。
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