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月と地球の距離・変化・移動するのにかかる時間・距離の測り方

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学習 / 2018年04月05日
月と地球の距離・変化・移動するのにかかる時間・距離の測り方

どうやって月ができたの?

現在の神秘的な地球と月の位置関係について述べる前に、なぜ月という星が生まれたかについてお伝えします。

どのようにして月ができたのかは定かではなく、説でしかありません。これまで提唱されてきたのは4つあり、そのうち地球が高速で回転して一部が月へと分かれていった分裂説、太陽家のどこかで誕生した月が地球の引力によって引き寄せられた捕獲説、地球と一緒に月も生まれた兄弟説の3つは有力でないことが確認されてきています。

残りのジャイアント・インパクト説は現在最も有力な説とされています。これは、火星の大きさほどの星が地球に衝突し、飛び散った破片が集まって月になったという説です。この説はスーパーコンピュータでもシミュレートされており、衝突から約1ヶ月で現在の月とほぼ同じ大きさとなり、地球からおよそ2万kmの位置にあったと計算されました。

月と地球の距離は?

ここでは、月と地球との距離について解説します。

地球から月まで何光年あるの?

宇宙での距離を測る単位として、kmの他に「光年」という言葉が用いられるということをご存じの方も多いのではないでしょうか?1光年は「光が1年間に進む距離」を表す単位であり、およそ9兆5千億kmです。ニュースなどで天体に関する報道がされる時、光年という単位がよく使われるので身近に感じますが、実際はとてつもない距離があります。

地球から月までの距離をkmで表すと、およそ38万4千kmとなります。先ほどの1光年の値と比べるととても小さい数になっており、光年という単位で表すのは不適切であることがわかります。無理矢理光年で表すと、およそ1億分の4光年となります。

では、km以外で距離を表すことはできないのでしょうか?実は、光年以外にも、光が1分間に進む距離を表す「光分」や、1秒間に進む距離を表す「光秒」という単位があり、地球と月の距離は「光秒」で約1.3光秒と簡単に表すことができます。

地球から月までの距離は地球何個分なの?

先ほどの項目では、地球と月の距離はおよそ38万4千kmであるとお伝えしました。ではこの距離がどれくらいのものであるか分かりやすくするために、地球何個分かで表してみましょう。

地球は実は完全な球体ではなく、赤道付近が少し膨らんだ形をしているので、赤道の直径は約12,756km、北極・南極を通る円の直径は約12,714kmとなっています。ここでは赤道の直径を使って計算してみましょう。

地球と月の距離を赤道の直径で割ると、約29.8と求めることができます。つまり地球と月の間には、30個ほど地球を並べることができるくらいの距離があります。

月と地球の距離は変化している?

月と地球の距離は日々変化しているのでしょうか?ここでは、月と地球の距離の変化について解説します。

昔はどうだった?

地球と月の間の距離は、潮汐力や海の水の流れによって、月に比べて地球の自転が遅くなることで広がっていっていると言われています。その速さは年間約3cmです。地球と月の間の距離と比べれば、3cmと言う値はごくわずかであるので、距離の変化はあまり実感できないでしょう。

しかし、何十億年も前になると現在よりも距離が近くなり、地球からも月が大きく見えていたと計算されています。10億年前では10%、20億年前では16%、30億年前では今よりも30%ほど距離が短かったと言われているので、当時の月を見た者は現在いませんが、今よりもきれいな月が見えていた可能性があります。

なぜ距離が変化しているの?

なぜ年々距離が変化するのでしょうか?その理由は地球の自転速度と月の公転速度の違いにあります。簡単に説明すると、今、地球の自転速度は月の公転速度よりも速い状態なのですが、これによって、地球上に存在している海が月の引力に引っ張られることで地球の自転にブレーキがかけられ、角運動量保存の法則によって月が地球から離れていっている、ということです。

地球の角運動量と月の角運動量の合計は変わらないため、地球の自転速度が落ちると、地球の角運動量が減って月の角運動量が増えることになります。よって「角運動量=物体の速度×中心から回転する物体までの距離×物体の重さ」という式から、月の公転速度と重さは変わらないので、地球と月の間の距離が伸びていっています。

これから先はどのように変化していくのか

現在地球の自転速度が月の公転速度より速くなっているため、地球と月の間の距離が変化しているのだとお伝えしました。つまり何十億年後、もしくは何百億年後には距離が一定となることになります。

距離が一定となるまでには、地球の自転速度、月の公転周期が変化するため、現在よりも一日の長さが長くなり、ひと月も長くなると言われています。しかし、太陽系が何十億年も今のままの状態であり続けるとは限りませんし、変化が計算結果と異なる場合もあり得るので、あくまでも可能性です。

月と地球の距離の測り方って?

月と地球の途方もない距離をどのように計測していたかご存知でしょうか?

月に鏡を置いて計測していた!

月と地球の間には相当な距離があり、まして宇宙空間なので、どのようにして距離を測っているのか疑問に感じている人も多いのではないでしょうか?実はその距離は、月に置かれた鏡に地球からレーザーを当てて測定しています。

1969年のアポロ11号から人類は月に足を踏み入れ、調査をし続けてきましたが、月に降り立ったアポロ11号、アポロ14号、アポロ15号、ロシア製の月面探査Lunakhod2号によって、リトロリフレクターという、光を受けた方向に正確に反射させる鏡を置いてきました。

これらの鏡に向けて地球の望遠鏡からレーザー光を発射し、その光が反射されて戻ってくるまでの時間を計測することによって、地球と月の間の距離を正確に求めることができます。この測定法を、月レーザー測距法といいます。

地球と月の間の距離を移動するのにかかる時間は?

月と地球を移動するには、果たしてどのくらいの時間を要するのでしょうか?

人類が月に降り立ったアポロ計画

人類は1969年から1972年までに行われたアポロ計画によって、12人もの宇宙飛行士が月面に着陸しました。約38万kmもある距離を、どのくらいの時間をかけて飛行していたのでしょうか?

人類で初めて月面に降り立ったアームストロング船長を乗せたアポロ11号は、1969年7月16日の日本時間午後10時32分にケネディ宇宙センターから発射され、1969年7月21日の日本時間午前5時17分に月面に着陸しました。約21時間月面に滞在した後、1969年7月22日の日本時間午前2時54分に月面を離陸し、1969年7月25日午前1時50分に太平洋に着水しました。

他に月に降り立ったアポロ12号から17号までの飛行も、同じように約4日間かけて地球から月まで移動しました。アポロ計画以降人類は月面に降り立っていませんが、科学技術の進歩により近い将来には比較的簡単に月面旅行ができると期待されています。

スーパームーンの時の地球と月の関係は?

満月の中でも、スーパームーンは最も大きく見える満月として、スーパームーンの時期になるとよくテレビなどで耳にします。なぜ同じ満月なのに大きく見えるのか、その仕組みを解説します。

地球の周りを回る月の軌道は完全な円形ではなく、楕円形です。また、楕円形の中心は地球ではありません。その月の軌道も、周期8.85年で回転しています。よって、どの位置で満月になるのかによって大きさが変わっていくことになります。

世間では1年のうち最も大きく見える満月を「スーパームーン」として話題になりますが、2016年11月のスーパームーンのように、地球と月の距離が最も近いところで満月になる珍しい場合もあり、この場合は「エクストラスーパームーン」と呼ばれます。

日食の仕組みは?

太陽が月で隠される現象で知られているのが「日食」です。太陽、月、地球の順に一直線に並ぶことによって起こる現象ですが、地球の公転軌道に対して月の軌道は約5度傾いているので、非常に珍しい現象として知られています。

また、地球から太陽までの距離が地球から月までの距離の約400倍、太陽の大きさも月の大きさの約400倍という奇跡によって、太陽と月がぴったりと重なって見えます。

月の公転軌道が楕円形であることにより、月が地球に近いときに日食になると太陽が完全に月に隠されることになり、皆既日食になります。逆に月が地球から遠いときに日食になると太陽の光が月の周りからはみ出してリングのように見え、金環日食になります。

月食の時はどうなっているの?

月が地球の影に隠れてしまう現象が「月食」です。日食の場合は太陽、月、地球の順で並ぶことによって起こるのに対し、月食は太陽、地球、月の順で一直線に並ぶことによって起こります。この月食も、月の公転軌道が地球の公転軌道に対して約5度傾いているために珍しい現象となっています。

陰の一部が月を隠している状態を「部分月食」、陰の中に月が全て入っている状態を「皆既月食」といい、月食が起こっている時間の長さは、月がどれくらい地球の影の中心近くを通るかで決まります。

また、地球の影に隠れているのに月が赤っぽく見えるのは、太陽の光が地球の大気中で屈折し、波長の短い青い光は発散しやすいために波長の長い赤い光が月へ届くためです。夕焼けが赤く見えるのと同じ仕組みです。このような神秘的な現象が起こるのも、地球と月が絶妙な距離にあるからだと言えるでしょう。

2018年の月に関する天体現象

2018年以降の月に関係する天体現象では、いつ、何が起こるのでしょうか?2018年のスーパームーンは1月2日で、この時のスーパームーンは2016年のエクストラスーパームーンに次ぐ大きさのものでした。2016年の地球と月の距離と2018年の地球と月の距離の差が約60kmと、エクストラスーパームーンと比べてもあまり差がありませんでした。

また、1月31日には皆既月食も観測されました。この日は、スーパームーンであること、同じ月で2回目の満月「ブルームーン」であること、皆既月食であることという3条件が重なったとして大きな話題となりました。

日食は、2018年は日本では見ることができません。次回は2019年1月6日に日本各地で部分日食が観測できる予定です。2018年の主な月に関する現象は年始でほとんど終わってしまいましたが、見逃してしまった方はこれを機に、次回は見逃さないよう準備をしましょう。

月に対しての知識を深めよう!

神秘的な地球と月の関係について、少しでも興味を深めていただけたでしょうか?毎晩私たちの頭上に輝き、何気なく目にしている月ですが、いろいろな歴史や特徴、現象が隠されています。

月に限らず天体に対して知識を深めていけば、夜、あなたの頭上の世界は変わって見えることでしょう。宇宙に興味を持っている方、この記事を読んでもっと知りたいと感じた方は、数多く存在する宇宙、天体の神秘をぜひもっと調べてみてください。

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