月の直径は、地球の1/4ちょい（約1/3.7）で、太陽の直径は地球の約109倍あります。つまり、太陽は月の約400倍ほどの大きさです。
そして、地球から月までの距離は平均約38万km、太陽までの距離は平均1億4960万kmです。1億4960万kmを1/400すると37.4万kmです。つまり、月の400倍くらいの大きさの太陽が、月の400倍くらい離れた距離にある…地球から見た太陽と月の見かけの大きさはほぼ同じになるわけです。
ただし、地球は太陽と一定の距離のまま公転しているのではなく、やや偏った公転軌道を描いています。具体的には、毎年お正月の頃に太陽と地球の距離は一番近くなり、毎年7月上旬の頃に一番遠くなります。その距離の差は、地球約400個分にもなります。
そして、月も地球との距離を一定に保ったまま公転していません。一番近い時で36万km弱、遠いときで40万km強まで離れます。この差は、肉眼で見ていても「何か今日の月は大きい？」と気が付く程です。だいたい 2週間ごとくらいで近づいたり遠ざかったりしてるわけですが、2009年7月22日の「今世紀最大の日食」と言われたトカラ列島の皆既日食は、太陽が最も遠い7月で、そして月と地球の距離は35万7500kmまで近付いた日でした。
なので、月の見かけの大きさは太陽より一回り大きく、その分、広範囲・長時間、太陽をスッポリ隠したわけです。
じゃあ、月が遠い時にはどうなるの？というと、2012年5月21日、月の距離が40万5900kmまで離れた状態で、日本列島太平洋側で日食が起きました。
これは、地球と月の距離が遠いため、月の見かけの大きさが太陽より一回り小さくなり、隠し切れない太陽が周囲にはみ出してドーナツ状に見える「金環食」と呼ばれるものです。
皆既日食も金環食も、うまく月−太陽が一直線に並んで見える狭い範囲でしか観測できない物で、そこから少し離れた場所では、月と太陽がややズレるので、部分日食で終わります。（もっとズレると、太陽も何も欠けない、ただの新月になります。）
月−太陽が一直線に並んで見える場所が、必ず昼間であるとは限りません。朝、日食状態の太陽が昇ってきたり（日出帯食）、夕方、日食状態の太陽が沈んでいく（日没帯食もしくは日入帯食）エリアも当然あります。
2010年1月15日には、この日没帯食になりました。沈んでいく太陽で多少は光量は抑えられましたが、フィルター無しで終始観察するのはやはり危険です。
宮崎市役所基準での食の推移
| 時刻 | 16:47'19" | 16:50 | 16:55 | 17:00 | 17:05 | 17:10 | 17:15 | 17:20 | 17:25 | 17:30 | 17:32'28" |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 食分 | 0% | 3.2% | 9.3% | 15.3% | 21.4% | 27.5% | 33.6% | 39.6% | 45.6% | 51.4% | 54.2% |
なぜ、太陽が月の約400倍の大きさで、約400倍離れていて、皆既日食みたいな現象が起きるのか、と言えば、ひとえに「ただの偶然」です。
実際、かなり大昔（恐竜がいたり、まだその前とか）だと月は今より遥かに地球の近くを回っていたので、太陽に比べて月はかなり大きく見えていた筈です。皆既日食になったらなったで、今のようにコロナも見えず、本当に太陽が消えていたかもしれません。
また、現在、月は年間3.8cmずつ離れ続けています。遥か未来には、月はどうがんばっても太陽を隠しきれず、金環食か部分日食しか起きなくなってしまうでしょう。
【日食と太陽黒点の各種観察方法】
 2009年7月22日シーガイア日食観測会にて、上の写真の日食グラスを紐を外して無断で持ち帰った方は、必ず返却して下さい。 |
現在の太陽観測フィルターは、アルミなどの金属を蒸着させたフィルムや、金属を混ぜたガラスを使用しています。これらは、太陽の光を肉眼で見ても安全な量だけ透過させ、紫外線や赤外線など目に障害を及ぼす原因になる光も安全値まで減光・遮断する設計になっています。（眼視観測用と、写真撮影用で別になっている製品もあります、撮影用は眼視には使えません。）
太陽を見る為のフィルターは、ただ暗く見えればいいという物ではなく、材料が少々特殊ですので、安易に身の回りの”暗く見えそうな物”を代用品として使うのは危険です（※後述）。
日食メガネとして販売されている物の他、自作用の材料として販売されているソーラーフィルターもあります。学校単位・クラス単位で用意する場合は、材料で買って作るとかなりお安く済みます。
比較的まとまった数の日食グラス・太陽メガネの自作をする場合には、天文ハウスTOMITAのサイトから、太陽観測メガネ（日食メガネ）の作り方とB4サイズの図面のダウンロード、ソーラーフィルターの購入ができて便利です。日食メガネの材料は基本的に、このフィルターをラミネート加工した物と、台紙（プリンタで図面を印刷した紙）、両面テープ、のり、だけです。
少数作成、あるいは必要数をその都度作成する為の、一人用の太陽メガネ用台紙ファイルも用意しました。材料は、ソーラーフィルター、図面を印刷したハガキ用紙（横向き絵はがきとか、いい感じになります）、両面テープ、糊です。うまくポイントを押さえれば、セロテープだけでも作れます。
★ハガキサイズ太陽メガネ印刷原稿【PDF形式・原稿サイズ100×148mmハガキ】
※表示・印刷には、Adobe ReaderなどのPDFビュアーが必要です。
★ハガキサイズ太陽メガネ印刷原稿【PSD形式】
※表示・印刷には、PhotoshopもしくはPSD形式の表示・印刷ができる画像ビュアーが必要です。
１．市販のプリンタ用ハガキ用紙や不要なハガキなどに必要部数をプリントアウトします。絵はがきを使う場合は宛て名面に印刷して下さい。
２．ソーラーフィルターを幅10cmに切ります。（A4タイプなら縦半分です。大判タイプの場合は50cm÷5列できます。）
３．切ったフィルターを1枚ずつ、ラミネートフィルムでラミネートします。多少、気泡やシワが入っても、「太陽メガネ」としての使用にはさほど支障ありません。（穴や破れはダメです）
４．フィルターの左右にできたラミネートの透明部分を、1cmほど残して切り捨てます。
５．ラミネート済みソーラーフィルターを、幅1〜1.2cmの短冊状に切り分けます。使う刃物はローラーカッターなどがいいでしょう。
６．あとは用紙の説明に従って工作して下さい。（※窓を切り抜く前に、先に台紙を折り曲げておいて下さい。切ってから曲げると歪みます。）
※ラミネートは工作しやすさ＆1枚のシートからできるだけたくさんのメガネを作るための手段です。ラミネーターが無くてもソーラーフィルターをやや大きめの幅1.5〜2cmくらいの短冊状に切り分ければ十分工作できます。またラミネートした場合よりしない場合の方が像はクリアです。
実際の製作風景は、天文ハウスTOMITAブログに掲載されているので、参考にしてみて下さい。
顔に向ける面は黒く塗りつぶしておくと、目の疲れが少なくなります。
どうしても太陽メガネ用フィルムが入手できなかった場合には、ホームセンターや工具店などで販売されている溶接作業用の保護面に使う色ガラス（遮光ガラス・ウェルディングプレート）のJIS規格品#8を2枚重ねるなどして使用して下さい。#8が1枚では全然足りません。#10が2枚だと暗くなりすぎる様です。1枚の場合、#13ならホームセンターに売っていますが、できれば#14が欲しい所です。ほとんど取り寄せになると思いますが。
（JIS規格を元に具体的な計算値で示すと、#8を2枚重ねした場合の透過量は、313nmの紫外線で0.0000000009%、365nmの紫外線で0.00000169%、可視光で0.0001%、780〜1300nmの近赤外線で0.001849%、1300〜200nmの中赤外線で0.004624%、という最近の太陽観測用フィルターに非常に近い値になります。撮影専用の場合は#9を1枚の可視光0.037%や#10を1枚の0.0139%と、明るく設定した方がいいでしょう。）
ただ、ガラスなので「落とすと割れる」「重い」「デカい」「邪魔」ってのはありますので、まぁあくまで代替手段だと思って下さい。
これら日食グラス・太陽メガネで太陽を見ると、太陽というより月の様に見えると思います。そして、大き目の黒点（大きさによっては望遠鏡で拡大しなくても見えるので『肉眼黒点』と呼ばれます）があれば、「え？フィルターにゴミが付いてる？」って感じでポツポツと見えます。
黒点は太陽表面の磁場のねじれ（太陽は地球みたいな固い塊ではないので、太陽自身が自転でねじれて、結果、磁場のねじれが生じたりします）によって発生する、言い換えると「エネルギーが封じ込まれてる場所」で、太陽表面温度（約5500℃）より低い、2000〜3500℃くらいです。エネルギーが封じ込まれてる分、当然暗く見えますが、黒点の周囲には、何も無い表面よりも白く明るく見える白斑が見えている事があります。普通に見ると白いだけですが、専用機材で観測すると、爆発現象（太陽フレア）が起きているのが見えたりします。
この太陽フレアが曲者で、規模が大きくなると、大量の放射線や電子、電磁衝撃波などを地球に及ぼし、わかりやすい所ではオーロラが発生したり、酷くなると人工衛星が故障したり電波障害が発生したり、ヘタをすると地上の変電所が壊れて大停電を起こしたりします。
黒点というのは、一見地味な天文現象ですが、実は地球に直接影響を及ぼすけっこう派手な天文現象でもあります。前述のように、太陽の直径は地球の約109倍ですから、そこから換算すれば、肉眼で見える黒点がどれだけバカでかい物か想像できるでしょう。
アストロソーラーフィルターは、本来は右の写真の様に天体望遠鏡の対物側に被せて使う物です。ソーラーフィルターと「ミラータイプのカーフィルム」とは全然違いますので、似たようなもんだろうと思ってこんな風に使うと、普通に目が焼けます。（アルミ箔を使うと、当然何も見えません。）太陽メガネと違って、この（本来の）使い方の場合には、ラミネートして強度を上げる、という事はできません。運搬・保管の際には、サイズの合いそうなタッパーなどに入れると良いでしょう。多少指紋が付いても見えにはほとんど影響しません。
金属蒸着ガラスフィルターは望遠鏡に取り付けて使う為に設計・加工されている物で、継続的に太陽黒点などを観測する人向けです。日食などの単体イベントで買うには高価すぎなので、目的に合わせて選んで下さい。
アストロソーラーフィルターを通した太陽は、こんな感じで白っぽい球に見えます。（黒点や白斑、粒状班の観測もしやすいです。）
このフィルターではコロナもプロミネンスも見えないので間違わないで下さい。皆既日食の時以外でプロミネンスを見るにはＨα太陽フィルター（めちゃ高額）やＨα太陽望遠鏡（これも高額）が必要です。
太陽観測の方法として、昔から最もポピュラー＆オーソドックスで、かつ安全と思われる手法は、天体望遠鏡などを使用して、白い板に投影された太陽像を間接的に観察する太陽投影法です。（※Vixenの太陽投影板AセットはA80Mf専用と書いてありますが、36.4ネジのドローチューブには汎用で使用可能です。）正しい観察方法を行えば、大勢で一度に観察できて、ペンなどで指し示しながら、あるいは投影板の上に置いた紙に投影し、そこに直接データを記入しながら説明もできます。もちろん黒点があれば直接鉛筆でなぞって記録を残せます。間接観測なので、接眼部に手をかざしたりとかしなければ基本的に身に危険が及ぶ恐れはありません。（それでも長時間、直射日光下で観察を続ければ普通に目が疲れます、UVカットのサングラスやメガネなどを使用しましょう。望遠鏡の口径は8cm以下が目安です。接眼部が樹脂製の安価な望遠鏡を使うと熱で溶けます、注意してください。）
小学生（あるいは幼児、たまに中学生）に投影法で太陽を見せていると、目を離した一瞬の隙に、直接望遠鏡を覗き込もうとする子がいつも出ます。観測指導者は、望遠鏡操作と人員整理の、最低2名つけて下さい。集めた太陽光線がどれほど危険なものか説明する為に、観測を始める前に、望遠鏡で集めた太陽光がどれだけ熱いか体験させた方が良いかもしれません。また投影版の周囲にクリア板や紐などを使ってガードを作る、注意事項を先に周知させておくなど予防策を取っておいた方が良いでしょう。
長時間の観測の場合は、接眼部が想像以上に熱を持ちますので、定期的に望遠鏡の先にキャップをしたり帽子などを被せて冷ましたり、口径を必要最小限に絞る（キャップに絞りが付いてる場合はそれを、無ければ厚紙などで自作を）などが必要です。太陽観測経験者ならみんな覚えがあるでしょうが、光学ファインダーは忘れずにキャップをするか、ファインダー自体取り外して、ファインダーから出てきた光で火傷をしない様に注意して下さい。
投影法は基本的に反射系の望遠鏡では行えません、屈折望遠鏡を使って下さい。（ソーラーフィルタ使用の直視観測は反射系でも可能です。）「宙のまにまに
太陽を構成する主要元素である水素特有の光スペクトルのうち、赤い光（Ｈα輝線）だけを観測する為に設計されたＨα太陽望遠鏡という物もありますが、日食などだけを観察するにはあまりにも高価なので、「もし、周囲に持ってる人がいれば」覗かせてもらいましょう。Ｈα太陽望遠鏡で見る太陽は、右写真の様に赤く、淵のプロミネンスやフレア、表面のフィラメントなどが観察できます。Ｈαで見る黒点は、黒ではなく白く、かつ大きくダイナミックです。プロミネンスは思っているよりも意外に淡く（モノにもよりますが）、また空気の透明度にかなり敏感です。空気の澄んだ晴れの日、ガス星雲を見るような感じで観察すると確認しやすいです。頭から鏡筒まですっぽり黒い布を被せるとか、手でアイピースと目の間に覆いを作って周囲からの光を遮断すると、よりよくわかります。（Ｈα望遠鏡でもコロナは見えません。）
同じような製品に、カルシウムのスペクトル輝線を観測するCaK太陽望遠鏡もありますが、こちらは紫外線に近い青で、人によって肉眼では全然見えなかったりするので、「デジカメ・CCDでの撮影用」と考えた方が良いとの事です。
昔は、アイピースに濃い色の「サングラス」と呼ばれる減光フィルターを取り付け、対物側を絞って光量を抑えて観測する方法が、投影法と共に一般的でしたが、現在この方法はほとんど用いられていません。長時間観測の熱に耐えられずサングラスが突然割れて、失明の危険性が高いとされたからです。実際に太陽観測中に突然割れて危うく…という話はよく聞くので、持っていても使わない方が無難です。
一方、自作マニアの中ではトライしている人も時々いる、反射望遠鏡の鏡をメッキをしない状態で使う太陽望遠鏡、というのもあります。いわば「鏡の反射」ではなく「ガラスの反射」の光量だけで太陽観測を行おうという物ですが、鏡のメッキを剥がせばOKという物ではないので（更に減光オプションが必要です）、ひとまず豆知識的に「そういう物もある」程度に憶えておきましょう。
さて、次に日本で見える日食は、最初に書いた通り、2012年5月21日の金環食です。（次の皆既日食は2035年9月2日です。）日食というのは、おそらく唯一の「空を見上げるより地面（2012年は壁？）を見た方が面白い天文現象」と言えるでしょう。どうがんばっても日食の時にしか体験できない現象が、とにかくあちこちで（簡単に）観察できます。
一番のお手軽観察は、「ピンホール投影」と「木漏れ日」です。
手近な厚めの紙（厚紙でもダンボールでも）に、ニードルやボールペン類を使って、プスプスといくつか穴を開けます。
この穴を通して地面などに漏れた光は、日食の時には欠けた太陽と同じ形になります。ピンホールカメラと同じ原理で、太陽も（見かけ上は月と同じ大きさの）面積体ですから、針穴（ピンホール）をくぐってきた光は、点対称（天体ショーではありません）に地面などに逆さまに投影されます。点対称ですから、針穴は小さい方が像はくっきりします。しかし反面、穴を通る光の量は少なくなるので像は暗くなります。穴の大きさは大きくても鉛筆程度の方がやりやすいでしょう。（欲張って大きい穴にすると失敗します。）
具体的にどんな感じ？と思った人は、そのへんのゴミ紙などにボールペンの先で小さい穴を開けて、室内で照明の光を机の上にでも投影してみましょう。天井にある蛍光灯がそのままの形で投影される筈です。暗い室内から昼間の窓に向ければ、窓から見える景色も投影できるでしょう。針穴が大きいと、像がくっきりする距離が長くなります（が像は大きいです）。針穴が小さければ短くて済みます（が像は小さいです）。
特に道具を使わなくても、地面に映る木漏れ日や、自分の重ねた手のひらから漏れる光を地面に映して見るだけでも可能です。いろいろ大きさを変えたり、盛れる光の数（指の隙間）を増やしたりして遊んでみて下さい。案外形はよくわかります。
似た方法に、手近にある手鏡を使って、太陽光を壁面に反射投影するお手軽投影法もあります。
そのへんにある手鏡でいいので、物は試しで実験してみましょう。
１．一辺が１〜２cmの正三角形を紙に描いて、切り抜く
２．三角形の穴のあいた紙を、手鏡に貼り付ける（被せるだけでもよい）
３．これで、10m位離れた壁に、太陽光を反射させてみる
反射した光は、壁にどう映ったでしょう？
普通に考えれば「三角形の光が映る」ですが、実は、まんま太陽の形に、キレイな○に映ります。日食が始まれば、欠けた形になっていきます。なぜそうなるのか、は、やはりピンホールカメラと同じ理屈です。（鏡の径より、投影された光の径は大きくなっている筈です。）
カメラ三脚などにこの手鏡をうまく固定して、観察しやすい位置に反射光が来るようにすれば、即、日食観察は始められます。（反射した太陽像が動いていく日周運動の説明も可能です。）
ある程度滑らかな、色が無地の壁がいいですが、無ければ段ボールでも何でも使って滑らかな壁をこしらえて下さい。
本来、別に穴を三角形にする必要はありませんが、丸い穴だと、その穴の形が映っていると思われがちなので、あえて三角形にしています。正方形でも丸でも構いません。逆に、日食の時にはまん丸の鏡を使っても三日月状に投影されるので、けっこう不思議がられる筈です。
手鏡を、覆いをせずにそのまま使っても、投影する壁との距離があれば、きちんと形は浮かぶ筈ですが、鏡のサイズによってその距離は違ってくるので、事前に試してみて下さい。鏡が大きくなると、像の輪郭もボケてきます。三角形の場合、１辺2cm以下、丸なら直径2cm程度で壁から10m程度離れれば像は十分クッキリします。10cm角の手鏡なら、50〜100m離れると、キレイな○になって、大勢で観察するのにも適した大きさになります。逆に鏡を小さくすれば、像は小さくなりますが、壁までの距離が近くても十分クッキリになります。
これらの方法の場合、「じゃあ、金環食の時はどうなるの？」と変な疑問も湧いてくると思いますが、当然、ドーナツ状になる筈です。真偽の程は、2012年5月21日早朝に確認してみて下さい。
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