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月は くらい 石なのに、なんで 夜に あかるく 見えるの?

暗い石のはずの月が、夜道を照らせるのはなぜ?

月は暗い石なのに、なぜ夜空で明るく見える? ── 反射率約1割と、満月の明るさ

分野:宇宙・天文

月は、じぶんでは 光って いません。太陽の 光を はねかえして、光って 見えて います。しかも、はねかえす 光は、やく 10ぶんの 1だけ。月の 石は、古い アスファルトに 近い くらさだと いわれます。

そんな 月が、どうして 夜道を てらせるのでしょう。しかも 満月まんげつは、半月より ずっと あかるいのです。そのわけが わかります。

月は自分では光らず、太陽の光を反射して輝いています。ところが、月に当たった光のうち宇宙へ返るのは、約10分の1だけです。月の表面は、古いアスファルトに近い暗さだといわれます。

そんな暗い石が、なぜ夜道を照らせるのでしょうか。さらに、半月は満月の半分の面積が光っていますが、明るさは約10分の1です。満月は半月の2倍ではなく、約10倍も明るく見えます。この記事では、その理由が分かります。

月の反射率は、NASAの資料で幾何アルベド0.12、ボンドアルベド0.11とされる[1]。太陽光の約1割しか返さない天体で、地球(約3割)の3分の1ほどだ[2]。それでも夜空では群を抜いて明るく見える。

では、なぜ暗い月が夜道を照らせるのか。さらに満月は、面積が2倍の半月ではなく約10倍も明るい[6]。この記事では、太陽の強さ・月までの近さ・夜の暗さ、そして月の砂の影という4つの条件から、その理由が分かる。

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1. 月の 石は、どれくらい くらいの?

1. 月の石を昼の道ばたに置いたら、何色に見えるか

1. 月の反射率 ── 幾何アルベド0.12とボンドアルベド0.11

もし 月の 石を ひとつ、昼の 道ばたに おいたら どうでしょう。ぴかぴかの 白い 石では ありません。古い アスファルトのような、くろっぽい 色だと いわれます[3]。

太陽の 光が 月に あたると、やく 10ぶんの 1だけが、うちゅうへ はねかえります[2]。のこりの 10ぶんの 9ほどは、月の 石に すいこまれます。

わたしたちの 地球は、光の やく 3わりを はねかえします[2]。地球の ほうが、月より 3ばいほど よく 光を かえす のです。

ただし アスファルトは、古くなると 色が かわります。月と ぴったり 同じと いう わけでは ありません。

もし月の石を昼の道ばたまで運べたら、白く輝く石には見えないはずです。NASAのファクトシートによると、月の反射率(アルベド)は、真正面から見たときの幾何アルベドで0.12、全方向の平均を表すボンドアルベドで0.11です[1]。ここでは、おおよそ「約1割」と読みます。

NASAの解説も、月に当たった太陽光のうち宇宙へ返るのは約10分の1としています。地球は約10分の3、金星は半分以上を返します[2]。月の色は、古いアスファルトに近いと説明する資料もあります[3]。ただしアスファルトの反射率は古くなると変わるので、あくまで目安です。

では、そんな暗い石が、なぜ夜空でいちばん目立つのでしょうか。

月の反射率は、NASAのファクトシートでは2種類の数字で示される。真正面(満月の位相)から見たときの幾何アルベドが0.12、全方向に返る光を平均したボンドアルベドが0.11だ[1]。したがって「12%」と言うより、「約1割」と丸めるほうが誤解が少ない。

NASAの別の解説は、月に当たった太陽光のうち宇宙へ返るのは約10分の1で、地球は約10分の3、金星は半分以上と比べている[2]。地球のボンドアルベドは0.294で、月の0.11の約2.7倍にあたる。一方、月が古いアスファルトに近い暗さだという表現は、二次資料のWTAMU(米国の大学の科学Q&A)が明記するもので、NASAの一次ページは「アスファルトは反射率が非常に低い例」までを述べている[3]。アスファルトの反射率は劣化で変わるため、これも厳密な一致ではなく目安と読むべきだ。

ここから疑問が出る。9割を吸いこむ天体が、なぜ夜空でいちばん目立つのか。

2. 太陽の 光は、どれだけ つよいの?

2. 暗い石でも、太陽の光が桁はずれに強い

2. 見かけの等級 ── 太陽は満月の約40万倍

くらい 色の 道でも、まひるの 日なたでは まぶしく 見える ことが あります。光が つよいからです。

月に あたる 光も、太陽の 光です。太陽は、それくらい つよい 光を 出して います。

星の あかるさを あらわす ものさしで くらべると、太陽は 満月まんげつの やく 40まん ばいも あかるいのです[4]。

その 40まん分の 1でも、月の 光は 夜道で 足もとが わかる ほど あります。もとの 光が、それだけ つよい からです。

まず、月に当たる光そのものが強い、という点があります。星の明るさは「等級」で表し、数字が小さいほど明るくなります。NASAのファクトシートでは、太陽の見かけの等級が−26.74、月(満月)が−12.74です[4][1]。

差は14等級です。等級は5つの差で100倍にあたるので、14等級の差は、100を14÷5乗した約40万倍になります。つまり満月の明るさは、太陽のおよそ40万分の1です。

40万分の1と聞くと小さく感じますが、それでも月の光は夜道で足もとを照らします。暗い石が光って見えるのは、もとの光が桁はずれに強いからだ、と考えられます。

ただし、これだけでは「夜空でいちばん目立つ」理由にはなりません。ほかの星だって明るいのです。

星の明るさを表す等級は、数字が小さいほど明るい。5等級の差がちょうど100倍に当たる対数の尺度だ。NASAのファクトシートでは、太陽の見かけの視等級が−26.74、月が−12.74である[4][1]。

差は14.00等級なので、明るさの比は100^(14/5)=100^2.8=10^5.6≒4×10^5、約40万倍となる(2.5を14乗する近似計算でも同じ桁になる)。満月の明るさは太陽の約40万分の1ということだ。

この計算が示すのは、反射率が1割でも、当たる光が巨大なので、月から届く光は夜道を歩ける明るさになるという一点にとどまる。だが、これだけでは月が「夜空で際立つ」理由にならない。他の天体もまた太陽の光を受けているからだ。

3. 月が 夜に いちばん 目立つ わけ

3. 近さと夜の暗さが、月を主役にしている

3. 距離と対比 ── 満月はシリウスの約3万倍

ほかにも わけが あります。ひとつは、近い こと。月は 地球から やく 38まん キロメートルの ところに あります[1]。星に くらべたら、すぐ となりです。

もうひとつは、夜の まわりが くらい こと。木も、家も、畑も、夜は とても くらく なります。そのなかで 月だけが 光って いるので、よけいに あかるく 見えます[3]。

国立天文台の 資料しりょうでは、満月まんげつは シリウスの やく 3万ばい、半月でも 3000ばいの あかるさ だと されます[6]。シリウスは、あかるい 星として 知られて います。

ただし、この あかるさは ものさしの 数字です。目で 見た かんじには、ひとに よる ちがいも あります。

理由の1つめは、近さです。月までの距離は、NASAの表で約38万kmとされています[1]。夜空の星々と比べれば、すぐ隣といえる近さです。

2つめは、まわりの暗さです。月が夜空で明るく見えるのは、地球に近いことと、周りの木・家・畑が夜は非常に暗いからだ、とWTAMUは説明しています[3]。暗い風景の中に光るものが1つあると、よけいに目立つ、ということでしょう。

国立天文台の講演資料には、地球から見た明るさの比較があります。満月は明るい星シリウスの約3万倍、半月でも約3000倍です[6]。月が夜空で目立つのは、太陽光の強さ、地球との近さ、夜の風景の暗さが重なるからで、どれか1つだけでは説明できません[3]。

ところで、いま「半月でも3000倍」と書きました。満月の約3万倍とくらべると、ちょうど10分の1です。これは偶然ではありません。

月が夜空で際立つ理由は、WTAMUの解説によれば、地球に近いことと、夜の風景が暗いことの2つで、これに太陽光の強さが加わる[3]。月までの距離は、NASAの表で約378,000km(赤道上の観測者との距離)、平均距離はおよそ384,400kmとされ、他の天体と比べて極端に近い[1]。

国立天文台の講演スライドは、地球から見た明るさを、満月はシリウスの約3万倍、半月は約3000倍と示す[6]。見かけの明るさは、反射率だけでなく、太陽光の強さ・距離・位相、そして周囲の暗さという観測者側の条件で決まる。単独の原因に絞らず、複数の条件の組み合わせとして読むべきだ。

この数字には、もう1つ注目点がある。3万と3000の比は、ちょうど10対1だ。満月と半月の明るさの差は、見た目の印象よりずっと大きい。

4. 半月は、満月まんげつの 半分の あかるさ?

4. 半月は、満月の半分の明るさではなかった

4. 位相と明るさ ── 面積は2分の1、明るさは約10分の1

半月の 夜と、満月まんげつの 夜を 思い出して ください。半月は、満月まんげつの 半分の 広さしか 光って いません。では、あかるさも 半分でしょうか。

国立天文台の 資料しりょうによると、半月の あかるさは、満月まんげつの たった 10ぶんの 1です[6]。広さは 2ぶんの 1なのに、あかるさは 10ぶんの 1。ずいぶん くらいのです。

月の かたちは、太陽と 地球と 月の いちで きまります。月と 太陽が 同じ ほうこうに あると 新月。はんたいが わに あると 満月まんげつ。地球から 見て、太陽と 月の ほうこうが 直角に ちかいと 半月に 見えます[5]。

満月まんげつから 半月までは、およそ 1しゅうかん です。わずか 1しゅうかんで、あかるさが 10ぶんの 1に なる のです。

半月は、満月の半分の面積しか光っていません。そこで、明るさも半分になりそうです。ところが国立天文台の講演資料は、半月の明るさは満月のたった10分の1だ、と示しています[6]。

満ち欠けは位置の関係で決まる

月の形の変化は、太陽・地球・月の位置関係で決まります。新月は月と太陽が同じ方向、満月は太陽の反対方向です。地球から見て、太陽と月の方向が直角に近いと半月に見えます[5]。新月から次の新月までは約29.53日で、これを朔望月(さくぼうげつ)といいます。1周の約4分の1が約7日なので、満月と半月の間は1週間ほどです。

半月と満月は、面積で2倍、明るさで約10倍違う

面積は2倍ちがいます。ところが、明るさは10倍ちがいます。面積だけで説明できるのは、明るさの差の一部にすぎません。10÷2=5倍ぶんの差が残ります。面積だけでは足りない差を、満月のときに砂の粒の影が見えにくくなることが説明する、といわれます。

この差には、月の表面の細かなつくりが関わっていると考えられています。手がかりは、月をおおう砂のつぶです。

半月は満月の半分の面積しか照らされていないのに、明るさは約10分の1にしかならない。国立天文台の講演スライドの指摘である[6]。面積比が2、明るさ比が10なので、面積から予想される差に対して、さらに約5倍(10÷2)の差がある。月でなくても、粗い表面の天体は満月に近づくと急に明るくなることがあり、これを衝効果(しょうこうか)と呼ぶ[7]。

満ち欠けは、国立天文台暦Wikiによれば、太陽と月の黄経差が0°で新月、90°で半月、180°で満月にあたり、満ち欠けの周期(朔望月)は29.530589日である[5]。公転周期27.32日とは別の量なので混同しない。半月から満月までの時間は、周期のほぼ4分の1にあたる約7日だ。

では、満月のときに明るさを押し上げるのは何か。有力な説明は、月の表面をおおう砂の影にある。

5. 満月まんげつでは、月の 砂すなの かげが 見えにくくなる?

5. 満月で消える、月の砂のつぶの影

5. 衝効果の原因 ── 影の消失とコヒーレント後方散乱

月の おもては、すなで おおわれて います。この すなは、月が できてから、何十おくねんも のあいだに、大小の 隕石いんせきが ぶつかって、岩が くだけて できたと 考えられて います[8]。

すなの つぶは、1つずつ、小さな かげを つくります。半月の ときは、そのかげが 見えます。かげは くらいので、その ぶんだけ 月は くらく 見えます。

ところが 満月まんげつに ちかづくと、すなの かげが 見えにくく なります[6]。かげが へる ぶん、月が あかるく 見える りゆうの ひとつに なります。

ただし、かげだけが わけでは ない という 考えも あります[7]。

月の砂は、どうできたか

月の表面は、レゴリスと呼ばれる細かい砂でおおわれています。水も大気もない月で、何十億年ものあいだ大小の隕石がぶつかり、岩が砕かれてできたと考えられています[8]。

満月で影が見えなくなる

砂のつぶが並ぶ表面には、無数の小さな影ができます。国立天文台の講演資料は、満月のときは砂の影が見えず、半月のときは影が見えると説明しています[6]。影の暗い部分が隠れるぶん、月は満月で一気に明るくなると考えられます。

この現象は、英語でオポジション・サージ(opposition surge)と呼ばれ、解説では「影が隠れる(shadow-hiding)効果」が月では主な原因とされます[7]。

ただし、原因は完全には1つに決まっていません。光が砂のつぶの間で反射を重ねて強め合う「コヒーレント後方散乱」など、ほかの効果も関わるとする説明もあります[7]。影の説明は有力ですが、唯一の答えではない、と読むのが安全です。

月の表面は、水も大気もない環境で、何十億年もの隕石衝突により岩が粉砕されてできたレゴリスで覆われていると考えられている[8]。粒の間には無数の小さな影ができる。国立天文台の講演スライドは、満月では砂の影が見えず、半月では見えると説明し、これが半月が満月の約10分の1の明るさになる理由の説明に使われている[6]。

この現象は一般に衝効果と呼ばれ、粗い表面で光源の反対側から見ると急に明るくなる。月では、影が隠れる効果(shadow-hiding)が主な原因とされる[7]。ただし、光が粒の間で反射を繰り返して強め合うコヒーレント後方散乱など、ほかの効果も関わるとする説明もあり、原因は一本化されていない[7]。したがって「影が消えるから」は有力な説明の1つであり、唯一の答えではない。

この記事で使った衝効果の解説は二次資料(Wikipedia)にもとづく。原論文を読めば、影とコヒーレント後方散乱の寄与の割合が、どの条件の測定から出ているかをたどれる。

6. 昼の 道ばたで、月の 色を たしかめよう

6. 昼の道ばたと、月の暗い部分を観察する

6. 昼の道で反射率を比べ、地球照を知る

よく はれた 昼に、日なたで 白い 紙と、道の アスファルトを 見くらべて みましょう。どちらも 同じ 太陽の 光を うけて います。

白い 紙は まぶしく、アスファルトは くらく 見える はずです。月の 石は、あの 道に 近い くらさだと いわれます。そう 思って 夜空の 月を 見ると、ふしぎな 気もちに なります。

太陽は、じかに 見ては いけません。紙と 道だけを 見くらべて ください。

もう ひとつ。新月の すぐ あと、日が しずんだ あとの 西の ひくい 空で、細い 月の くらい 部分が、うっすら 見える ことが あります。地球で はねかえった 光が、月の 夜がわを てらして いる のです[9]。月を てらす 地球は、月より よく 光を かえす ほしです。

よく晴れた昼に、日なたの白い紙と、道路のアスファルトを見比べてみましょう。どちらも同じ太陽の光を受けています。白い紙はまぶしく、アスファルトは暗く見えるはずです。月の表面は、あの道に近い暗さだといわれます。太陽は直接見ないでください。紙と道だけで試せます。

夜は、半月と満月の日に、同じ場所で月明かりの強さを感じ比べる手もあります。1週間ほどの間に、月の光がどれだけ変わるかを、体で見られます。

もう1つ、気になる現象があります。新月の数日後、日没後の西の低い空で、細い月の暗い部分がうっすら見えることがあります(新月の数日前なら、明け方の東の低い空です)。地球で反射した太陽光が月の夜側を照らす、地球照です[9]。月は暗い石なのに、地球の光に照らされている。その地球は、反射率が月の約3倍の星です[2]。

NASAのファクトシート[1]と国立天文台の講演スライド[6]は、このあとの出発点になります。

反射率の感覚は、昼の日なたで白い紙とアスファルトを見比べることでつかめる。太陽は直接見ないこと。月は紙より道に近い暗さだと意識して夜空を見ると、見え方が変わる。半月と満月の夜に月明かりを見比べれば、約10倍という差を体感の側から考えられる。

地球照は、地球で反射した太陽光が月の夜側を照らす現象で、新月の数日後なら日没後の西の低い空、数日前なら明け方の東の低い空で見やすい[9]。地球のボンドアルベドは約0.29で、月(0.11)の約2.7倍である[1][2]。月の夜側を照らす光は、反射率の高い地球からの光である。

さらに読むなら、NASAの月のファクトシート[1]、解説ページ[2]、国立天文台の講演スライド[6]が出発点になる。衝効果の原因(影の消失とコヒーレント後方散乱)の寄与の割合は、さらに調べる価値のある問いだ。

しらべた もとの じょうほう

参考にした情報源

参考にした情報源と、その使い方

出典について:NASAの月・太陽のファクトシートと解説、国立天文台の暦Wikiと講演スライド、大学の科学Q&A、解説記事を使った。何に使ったかは、それぞれの項目の最後に書いている。

  1. NASA NSSDC, Moon Fact Sheet. https://nssdc.gsfc.nasa.gov/planetary/factsheet/moonfact.html (月の反射率、視等級、距離について)
  2. NASA Science, Moonlight. https://science.nasa.gov/moon/moonlight (月・地球・金星の反射の比較について)
  3. West Texas A&M University, Science Questions with Surprising Answers, "Why is the moon so bright?". https://wtamu.edu/~cbaird/sq/2015/08/06/why-is-the-moon-so-bright/ (古いアスファルトとの比較、夜に明るく見える理由について。二次資料)
  4. NASA NSSDC, Sun Fact Sheet. https://nssdc.gsfc.nasa.gov/planetary/factsheet/sunfact.html (太陽の視等級について)
  5. 国立天文台 暦Wiki「月の満ち欠け」。https://eco.mtk.nao.ac.jp/koyomi/wiki/B7EEA4CECBFEA4C1B7E7A4B1.html (満ち欠けと位置関係、朔望月について)
  6. 国立天文台の名義の講演スライド(月の砂・満月と半月)、公開資料置き場のPDF。https://granite.phys.s.u-tokyo.ac.jp/oshima/outreach/NAOJ_20200926_slide.pdf (半月と満月の明るさ、シリウスとの比較、砂の影について)
  7. Wikipedia, "Opposition surge". https://en.wikipedia.org/wiki/Opposition_surge (満月が明るくなる効果の解説について。二次資料)
  8. 月の砂に関する公開資料(筑波大学サイトのPDF)。https://www.kz.tsukuba.ac.jp/~tmatsu/moon/h18openhouse.pdf (月の砂のでき方について。二次資料)
  9. NASA Earth Observatory, Earthshine. https://science.nasa.gov/earth/earth-observatory/earthshine-83782 (地球照について)

なおした ところ

更新履歴

更新履歴(改版の記録)

  •  初版を公開。
  •  中学生向けの題名を、日常の疑問が先に来る形に見直した。

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