ガリレオ衛星の珍現象2018/07/15

木星の衛星現象としては、滅多に見られない珍しいイベントが間もなく起こるのでご紹介しましょう。積極的に紹介された事例を見たことがないのですが、自分ではとても面白い現象と思っています。

20180728エウロパの現象

A.エウロパの珍しい現象
木星は先週の7月11日に「留」を迎えました。留とは字の通り「留まる」ことを意味します。ご存じのように地球から見た外惑星は、経度が増加するように移動する「順行」と、経度が減少する移動「逆行」があります。留はこの移動が切り替わる瞬間ということです。

留の時期はこの見た目の変化以外にネタとして取り上げられることはほとんどありませんが、冒頭で述べた「珍現象」が起きる時期の目安として役立ってくれます。どんな現象か、まずは左のA図をご覧ください。これは今月28日宵の木星を描いたStellariumによるシミュレーション(天の北が上方向)。10分おきに3枚の図が並んでいますね。木星近くに四大衛星のイオとエウロパがあり、イオは木星手前を右へ、エウロパは木星背後を左へ動いています。

木星に隠れていたエウロパは19:40過ぎに姿を現しますが、そのままずっと見え続けると思いきや、何と19:55ごろにいきなり消えてしまうのです。「何事!?」と思ってしまう現象でしょう?これは「掩蔽現象」が終わった後、あまり時間が経たないうちに「食現象」が起こったのです。このような状況はいつでもまんべんなく頻発する訳ではなく、留や東矩、西矩といった時期に集中します。しかも観察場所を固定…例えば「日本の夜空で見える」と限定した場合、回数は激減するのです。現象名を正式に何と呼ぶのか聞いたことがありませんので、このブログでは「衛星の連続出没イベント」と呼ぶことにします。

2018木星の位置

B.今期の木星位置
どうしてこんな現象が起こるか、順を追って説明しましょう。まずは言葉の確認。地球から見た外惑星は前述の通り順行や逆行があって、移動幅は地球に近いほど大きくなります。今回取り上げる木星について、前回の合(2017年10月27日)から次の合(2018年11月26日)までの一周期を星図にしたものが右のB図(ステラナビゲーター使用)。

留は「順行→逆行」と「逆行→順行」の切り替わりに一回ずつ起こり、その中間に必ず「衝」がやってきます。また一回目の留の前に「西矩」、二回目の留の後に「東矩」があります。改めて時系列に書くと「合→西矩→留→衝→留→東矩→合」の流れです。

一連の状況を、第三者視点で見てみましょう。左下C図は太陽系を北側から見たもの。話を簡単にするため、惑星は円軌道で描いています。どのような位置関係のとき何と呼ばれるか、一目で分かるでしょう。西矩・東矩の「矩」というのは直角という意味で、文字通り「太陽・地球・外惑星」が直角を作っています。簡単に言うと、東矩の惑星は日が暮れたとき太陽の90°東側で南中しており、西矩では日の出のとき太陽の90°西側で南中しています。

地球と外惑星の位置関係

C.地球と外惑星の位置関係
連続出没イベントで重要なのは、この図に出ている「位相角」。位相角は「地球・惑星・太陽」がなす角で、地球から見た惑星の「光の当たり方」や「欠け具合」を決定づけていますね。この角度は惑星がどこにいるかによって変化します。合や衝の近くではほぼゼロになり、また図中のA位置とB位置では位相角が明らかに違うことも分かるでしょう。

色々作図すると分かりますが、位相角が次第に大きくなるのは正に西矩や東矩のころ。この時期は観察者の視線と太陽光の向きが異なる訳ですから、外惑星でも少し欠けて見えます。また位相角がゼロでないということは惑星本体から伸びる影の向きが視線からずれていることを意味します。

外惑星がどれくらい太陽から離れているかによって位相角は変わりますが、「太陽から遠い惑星ほど位相角の最大値は小さい」ということが直感的に分かるでしょうか(→記事末の付記参照)。これらを踏まえ、衛星連続イベントのとき惑星と衛星に何が起こっているか、拡大図で見てみましょう(右下D図)。この図も木星を北側から見ていることを想定しています。一般に天体が別天体に隠されることを「掩蔽」、また、天体が別天体の作る影に隠されることを「食」と言います。一見同じような「隠される現象」ですが、明らかに原因が違うので区別しましょう。(※この理屈だと、月食は食ですが日食は掩蔽です。)

木星の衛星現象

D.衛星の連続イベント
木星の場合、衝前後の期間は観察者視線と太陽光がほぼ一致するので、惑星本体が作る影も一致し、食と掩蔽との時間差はほとんどありません。でも位相角がだんだん大きくなるとD図のようにズレが生じ、掩蔽が終わってから食が始まるまで時間差が生まれます。この時間差は惑星の大きさ、位相角、衛星軌道半径などによって様々。もちろん衝の前と後とでは影の向きが東西反転するので、現象が見える位置や順番も変わります(下E図参照)。

位相角が最大になると惑星から遠い衛星では食・掩蔽の隙間が数時間以上に及ぶ場合もあって、「連続」とは言い難いこともあるでしょう。逆に木星のイオのように惑星に近い衛星では、掩蔽が終わってもそのまま食に移行してしまい、隙間時間が全く無い場合もあります。一般に衝や合に近いほど隙間は小さいですから、イベントがごく短時間で終わり易いことが分かるでしょう。(例:日本では見えませんが、2019年9月21日4:38JSTのエウロパでは掩蔽終了と食開始がほぼ同時!)回数もグッと減りますから、レア度が増しますね。

もちろん、地球公転面に対して衛星軌道や惑星自転軸の傾斜が大きかったり逆転しているケースでは食も掩蔽も起こらない等の複雑な状況があります。小型望遠鏡でも楽しめる木星の四大衛星でこの現象が起こってくれることは奇跡とも思える天界からのプレゼントと言えましょう。

1時間以内に収まる連続出没イベントを実際に計算すると、1会合周期平均で何十回かは世界のどこかで見えます。そのうち日本で暗い空に条件良く見えるのは2、3回あれば良いほうです。最初のA図のような機会は極めて貴重なのですね。緯度(南北)方向への影のずれも影響するため、今年はエウロパでよく起こるけれど来年はガニメデが…という具合に傾向が変わることもあります。下F図は今期の木星の位相角を示したグラフ。木星では位相角がだいたい5°以上になると連続出没イベントがだんだん多くなります。滅多に見ることができないこの現象、機会を見つけてぜひご覧になってくださいね。なお今回計算した現象日時はアーカイブ:木星の衛星現象一覧の一項目として登録しておきました。どうぞご利用ください。

  • 位相角と衛星現象の位置や順

    E.衛星イベントの位置や順
  • 2018木星の位相角

    F.木星の位相角


【付記】
参考までに、今期における火星と土星の位相角グラフも描いたので掲載しておきます。火星の位相角は最大の頃で40°を越しており、お月様に例えると「十日月」くらいの欠けた形に相当します(下の火星画像参照)。土星も最大5°以上ありますから、「満月半日前の月」程度欠けている時期もあるわけです。上記記事で「西矩・東矩頃は位相角が大きい」と書きましたが、ピッタリ極大期ということではありません。また火星のグラフから分かるように衝を軸として左右対称…という訳でもないですね。惑星軌道は楕円であること、軌道傾斜角があるため南北にもずれること、等が原因になるようです。完全にゼロにならないのも同じ原因。位相角は惑星の立場で見ると「地球と太陽との離角」に相当しますから、例えば衝効果(→2015年5月19日記事参照)の目安にもなります。

細かいことですが「見かけの位相角」とわざわざ書いてあるのは、「本当の位相角」と区別するためです。地球と惑星とは距離があるため、光が届くのに時間がかかります。つまり「今見えている惑星は少し前の姿」であって、当然そのときの位相角も少し前の状態です。ごくわずかな違いですが無視することもできない大事な事項なので、敢えて表記しました。

  • 2018火星の位相角

    G.火星の位相角
  • 2018土星の位相角

    H.土星の位相角
  • 20180511火星

    欠けた火星(2018/5/11撮影)


遠日点通過日の変化2018/07/07

20180703太陽
今日は七夕ですが、それに勝るとも劣らない天文分野の重要なイベント、「地球の遠日点通過」があります。地球が今公転の中でもっとも太陽から離れる日ですね。でも当地・茨城は曇り空。昨日までの激しい雨に比べたら薄日が差すくらい回復していますが、太陽を観察できるほどではありません。

仕方がないので、左に4日前の太陽画像に経緯度線を描て掲載しました。まぁ数日間で顕著に視直径が変わることはありませんから、今期一番小さく見えるはずの太陽です。ひと頃より活動領域はめっきり減って、第24太陽周期もそろそろ終わる様相ですね。

ところで、記憶の良い方なら去年や一昨年の遠日点通過日がもっと早かったことを覚えていらっしゃるでしょう。私は記憶の印象として「アメリカ独立記念日ごろ」と覚えているのですが、今年は七夕までずれ込みました。実は2015年も7月7日だったんです。遠日点通過日はどうしてずれるのでしょうか。そしてどの程度のずれ幅があるのでしょうか。

国立天文台サイトにとても明解な説明がありました。近日点や遠日点は春分や夏至などのように「黄道座標系での地球位置(黄経)」で決めるのではなく、あくまで「太陽と地球の距離」で決まります。だから一見するとかなりランダムとも取れるばらつきがあるのですね。太陽系は太陽と地球しか存在しないわけではないから、たくさんの惑星が地球の移動に干渉してきます。中でも大きなものはすぐ側を回るお月様。月相によって地球位置がずれ、太陽から遠ざかるはずの遠日点通過の際に太陽へ近づく動きとなったり、その逆になったり、かなり複雑です。詳しくはリンク先をお読みください。

サイトにある「近日点通過日の変化グラフ」を、遠日点でも作ってみたいと思いました。半日かかってプログラムを組み、描いたものが下のA・B図です。遠日点と近日点の両方について、1950年から2050年まで計算してあります。薄い緑線はそれぞれの通過日時の際の「月と太陽の黄経差」を算出したもの。遠日点通過のときに月が下弦から新月へ向かう(=月が太陽へ近くなる)タイミングに重なると、バランスを取るため地球はより外側へ向かいます。このタイムラグが、遠日点通過の遅れとして現れるのです。逆に上弦から満月へ向かうタイミングなら、地球が太陽へ近くなりつつ遠日点通過が起こるので、より早く現象が済んでしまうわけです。

近日点通過の場合は全てが逆になるので、黄経差を逆向きに測った値でグラフ化しました。(本質的には変わりません。)遠日点通過よりも近日点通過のほうが、シンクロ具合は分かりやすいですね。またグラフ全体を見ると、緩やかな周期で増減していることも分かるでしょう。1960年台よりも最近のほうが遠日点通過が遅い傾向にありますね。今年の遠日点通過は今回計算した101年間のなかで7番目に遅いものでした。5年後の2023年は3番目に遅いです。といっても、今日と比べて4時間も変わりませんが。とてもデリケートな、遠日点のお話しでした。

  • 遠日点通過日の推移

    遠日点通過日の推移
  • 近日点通過日の推移

    近日点通過日の推移


※今回グラフを描くのに計算した数値の一部は「アーカイブ:地球の近日点通過日と遠日点通過日」として登録してあります。必要に応じてご利用ください。

1ヶ月後の皆既月食と地球影のこと2018/06/28

20050424月出半影月食
今年2018年は皆既月食が二回も起こると予報されていました(記事内の表参照)。一回目は1月31日で既に終わっていますが、二回目は7月28日(土)、つまり一ヶ月後です。(たぶん)梅雨明けしており、土曜日でもあり、またこどもたちも夏休み中と言うことで、多くのご家庭にとって観察しやすい対象でしょう。ただし注意しなくてはならないのは、「明け方に起こる」ことと、「最大皆既になる前に沈んでしまう」こと。うっかり7月28日夜だと勘違いしないようにしてくださいね。

月食進行中に月が登ることを「月出帯食」、同じく沈むことを「月没帯食」と言います。今回は月没帯食です。左画像は2005年4月24日に撮影した月出帯食(半影食)。まだ周囲が真っ暗にならない前で、月の左側がやや暗くなっています。月がオレンジ色なのは高度が低いからで、月食のせいではありません。7月28日の場合は西空での皆既月食ですから、この画像よりもずっと暗くなるでしょう。なるべく開けたところで、月を見失わないようにしてください。

西の夕焼けと東の地球影
夕方や明け方は太陽が沈む(昇る)方角と反対側に「地球影」が見えることがあります。右画像は上段が西空の夕焼け、下段が東空の地球影をペアで撮影したもの。東の景色のすぐ上が暗青色になっていますね。これが地球影。地球影のすぐ上のほんのり赤紫に染まる部分は「ビーナスベルト」と呼ばれます。月食はこの影がずっと遠くの月まで届いて起きる現象。月出帯食や月没帯食では月食を起こす原因(地球影)と起こされた対象(月)が同時に見える貴重なチャンスなのです。

ところで、本ブログで時々取り上げてきたのが「満月のとき地球影はどこにいるのか」ということ(→参考記事1参考記事2など)。月食の有無にかかわらず、満月のすぐ近くに地球影(本影や半影)が潜んでいるはず。下図はステラナビゲーターを使って、今月の満月(本日6月28日13:53)と来月の満月(7月28日5:20)のふたつのタイミングで、地球影と月の位置関係を3時間ごとに描いたもの。見比べると、今月は影にかすりもしないけれど、来月はちょうど影の中を通ることが分かります。(※大きい円は半影境界、小さい円は本影境界です。)

  • 20180628満月と地球影

    A.2018年6月28日の満月と地球影
  • 20180728満月と地球影

    B.2018年7月28日の満月と地球影


上図を見て「あれっ?」と感じませんでしたか?月や地球影の移動が直線的あるいは等間隔的ではなく、かなり不規則で思いもしない動きになっていますね。雑誌やサイト等に載っている月食解説図を見ても、直線的な動きの図しか載っていません。例えば今年1月の皆既月食では左下図のようなものでした。上図のようなものは専門家以外の方にとって珍しいと思われます。

20180131皆既月食図
上のA・B図にいったいどんなカラクリがあるのでしょうか?実はA・B図とも実際の見え方をストレートに描いたもので、何ひとつカラクリはありません。カラクリがあるとすれば左図のほうでしょう。特に断りがない限り、月食図は「地球中心(地心)から見た地球影中心方向の様子」を描いているのです。地球の大きさまで考慮するととても分かり難い図になってしまうからです。でも観察者が地球中心で観察することはあり得ません。「じゃあ、地表の観察者が見た実際の位置関係はどうなってるの?」ということを示すべく、上のA・B図を掲載しました。測心という言葉は「地表の観察者視点」という意味です。

少し期間を広げてみましょう。下のC図は6月27日正午から7月4日正午まで一週間、同様に月と地球影の位置関係を1時間おきに広視野で描いたもの。月は緩やかにうねりながら速くなったり遅くなったりしています。また地球影は何が何だか分からないほどグルグルになっていますね。シンプルに理解しやすいよう、地球影の中心位置のみを自作プログラムで計算して、同期間の動きをD図に示しました。地球中心から見た場合と、地表で見た場合とを比較できるよう色分けしています。所々の丸い印は12時間ごとの位置。星空の中を月や地球影がこんな複雑に移動してるって、ご存じでしたか?

私たちを乗せた地球は1日1回日周しますから、1日周期の視線の変化を発生させます。地球のそばにある月や地球影はこの変化に伴って戻ったり進んだりするのです。周期は全く違いますが「惑星の順行と逆行」に似た、見かけ上の動きですね。これをよく理解しないと、地球中心で予測計算された現象が自分の観察場所で見えるか見えないかという判断ができません。逆に「天文現象が見えた」ことは、このような複雑な要素が絡み合った中から、たまたま私たちの目に飛び込んできた光、と言うことになります。本当に奇跡に近いことなのです。

  • 測心計算による満月と地球影の動き

    C.月と地球影の位置関係(広視野)
  • 地球影中心の動き比較

    D.地球影中心の動き(地心計算と測心計算の比較)


平成最後の夏至です2018/06/21

2019年暦要項
今日は2018年の夏至。関東は特に南部で昨日から強い雨となりましたが、今日は収まっているようです。昼が一番長いと言っても、こんなに雲が多くては実感できないでしょう。

現在では様々なカレンダーやサイトで今日が夏至であることを知ることができます。しかしながら日本公式の暦はたったひとつ。国立天文台が発表している暦要項(れきようこう)のみです。市販されているあらゆるカレンダーは国立天文台の発表を待ってから作り始めるのです。当サイトを含め、フライングして来年以降ずっと先までのカレンダーを計算表示しているところがたくさんありますが、あくまで非公式です。

左は今年2月に発行された「平成31年暦要項」の1ページ目。夏至は祝日になっていませんからこの表に書いてありませんが、2ページ目の「二十四節気および雑節」の表にちゃんと掲載されています。その他、朔弦望(月の満ち欠け)表や、東京の日の出入り時刻表、日食・月食情報と続きます。

1955年暦要項
暦要項が官報に掲載され始まったのは1954年6月に発行された翌1955年のものからだそうです。右はそのときの1ページ目で、なんと手書きでした。味わい深いですねぇ。どなたが書いたのでしょうか?字の上手な担当者を選んだのでしょうか?それとも銀行の人に頼んで書いてもらったかな?

歴史ある暦要項ですが、左上の今年発表のものに例年には無い文言が書いてありました。国民の祝日の表の上、「本暦要項においては…云々」というところです。ご存じのように、2019年5月1日に元号が変わることが決まりましたね。でもこの要項が発行された今年2月の時点で元号は明示されていませんから、2019年も平成が続くものとして考えなくてはならない微妙な時期でした。冒頭の註釈は苦肉の策と言えましょう。カレンダー業者さんは早いところだと前年冬に水着グラビアを撮影したり(笑)画像の版権処理を始めて、今年夏過ぎには販売や予約を始めます。今年はヤキモキしているでしょうね。

そんなこんなで、今日は平成最後の夏至となります。平成元年を迎えた頃はまだ若かったのですが「もう昭和は古くなってしまった!」とかなりのショックでした。でももう平成だって30年経ってしまったのですね。来年春の卒業生・入学生も「平成最後の…」と言われるでしょうし、再来年は新元号最初の…と言われるでしょう。いやはや…。

10円硬貨
数日前、ふと手にした十円玉が「ギザ十」でした。年号を見ると「昭和三十年」。おぉ、貴重な三十年代だと大切にしまいました。平成を少し過ぎたころ、何となく思い立って、過去の十円硬貨を揃えてみようと集めたんです。専門ショップで買ったりせず、買い物で偶然巡ってきた十円にこだわりました。一番古い昭和二十六年はありませんが、二十七年はあります。平成になった年に一週間だけ存在した昭和六十四年の十円もあります(左画像)。

来年は新旧両元号の硬貨も出回るでしょうが、これまた現在は準備できなくて、様々な関係者が悩んでいるのでしょうね。いきなり自販機で使えない、なんてことも起こるでしょうか。

暦に話を戻しますが、次の二点は最近公布されたものです。

  • 2019年5月1日より、天皇誕生日は2月23日に改められる。(6月16日公布)
  • 体育の日はスポーツの日に改められる。2020年に限り、海の日はオリンピック開会式前日の7月23日に、スポーツの日は開会式当日の7月24日に、山の日は閉会式翌日の8月10日となる。(6月20日公布)

時代はどんどん変わります。私たちも「昔は良かった」なんて言ってないで、柔らかく変化していかないといけませんね。