月が満ち欠けする理由

新月から次の新月までは29.53日です。地球を一周する時間より、約二日長くかかります。

いつも半分が照らされる

太陽は太陽系で唯一の恒星であり、可視光の主な光源です。月は太陽光を反射する暗い岩石の天体で、太陽はどの瞬間も、太陽を向く半分だけを照らしています。一か月の間に変わるのは、その明るい半分がどれだけ私たちの方を向くかです。月が地球と太陽のほぼ間に来ると、明るい側は向こうを向き、暗い側が見えます。これが新月です。月が地球をはさんで太陽と反対側に来ると、明るい半分を正面から見ることになります。これが満月です。

その間は、明るい半分の一部が見えます。地球から見た太陽と月の間の角度を離角といい、満ち欠けを考えるのに役立ちます。月の円盤のうち明るく見える割合は(1 − cos E) ÷ 2で表せます。Eは離角です。0°では0で新月、90°ではちょうど半分で上弦、180°では1で満月になります。模型の表示もこの式を使っているので、好きな日で確かめられます。

八つの形は、新月、満ちていく三日月、上弦、満月前のふくらんだ月、満月、満月後の欠けていく月、下弦（英語ではthird quarterとも呼ばれます）、欠けていく細い月の順です。英語のwaxingは「大きくなる」、waningは「小さくなる」を意味します。NASAはquarterという語で混乱しやすい点を説明しています。上弦の月は半円に見えますが、見えているのは明るい半分のさらに半分、つまり月全体の四分の一です。この形の名前は、周期の四分の一まで進んだ位置に由来します。

27.32日ではなく29.53日なのはなぜか

月は恒星を基準にすると27.32日で地球を一周します。しかし満ち欠けは、太陽に対する月の位置で決まり、空の太陽も同じ位置にはとどまりません。月が一周する間に地球は公転軌道を約27°進むので、月が太陽に対して同じ角度に戻るには、さらに二日余りかかります。二つの周期には1 ÷ 27.3217 − 1 ÷ 365.256 = 1 ÷ 29.53という関係があります。NASAでは、新月から次の新月までの朔望月を29.53日としています。

このずれにより、月の出も日ごとに遅くなります。月は太陽に対して毎日約12°東へ進むため、月の出は平均で前日より約50分遅くなります（24時間 ÷ 29.53 ≈ 49分）。そのため、月の形によって見える時間帯が違います。満月は日没ごろに昇り、日の出ごろに沈むので、一晩中見えます。上弦の月は正午ごろに昇り、真夜中ごろに沈みます。新月は太陽とともに昇って沈むので、見ることができません。

地球上のどこから見るかによって、月の向きは逆になります。北半球では、満ちていく月は右側、欠けていく月は左側が明るくなります。オーストラリアや南アフリカから見ると同じ月が上下逆に見え、満ちていくときには左側が明るくなります。「南半球から見る」ボタンを試しましょう。晴れた夕方には、三日月の暗い部分がかすかに光っていることもあります。これは地球照といい、太陽光が地球で反射して月を照らし、再び私たちの目に届く現象です。