ある日食や月食には、約18年離れた「親類」にあたる食があります。2つの現象では、天体の並び方や地球と月の距離、地球の影または月の影の幾何学的な配置を通る経路が似ている場合があります。この関係はサロス周期と呼ばれます。複数の完全ではない周期がほぼ一致することで成り立つこのパターンは、天文学で特に役立つ例の1つです。
サロス周期は約18年11日8時間です。同じ町の上空で同一の食が起きる日時を示すものではありません。余分な時間によって地球から見た幾何学的な配置がずれ、繰り返すたびに小さな違いが積み重なります。それぞれの食は、複製が延々と続くのではなく、変化していく系列に属しています。
月食カタログには、個々の食の種類、接触時刻、継続時間、各地からの見え方が掲載されています。サロス周期は、それらの項目の一部にある、より深いつながりを説明します。つまり、特定の種類の天体配置がなぜ数十年後に再び現れるのかを示します。
3つの月の時計がほぼ一致する必要がある
月には、目安となる周期がいくつもあります。月の位相周期、つまり朔望月は平均29.53059日です。これは新月から次の新月まで、あるいは満月から次の満月までの間隔です。日食には新月が、月食には満月が必要です。そのため、再び適切な位相に戻ることが、食が繰り返すための第一条件です。
2つ目の時計は、傾いた月の軌道に関係します。月の軌道面は黄道、つまり地球が太陽の周りを公転する軌道面に対して5.14度傾いています。この2つの面は1本の線で交わり、月がその面を横切る点を交点と呼びます。食が起きるには、月が適切な位相にあるだけでなく、交点の近くにある必要があります。月が特定の交点を通過してから次に同じ交点を通過するまでの間隔は、約27.21日の交点月です。
3つ目の時計は、月が近地点、すなわち地球に最も近づく点に戻るまでの時間を測ります。この近点月は約27.55日です。地球からの距離によって月の見かけの大きさや軌道上の速度が変わるため、この周期が繰り返すことも、似た特徴を持つ食が起きるのに役立ちます。
交点と近地点の方向がゆっくり変化するため、これらの月の周期は互いに異なります。通常の1か月では、3つの時計を同時にリセットできません。
18年を生み出す計算
サロス周期が成り立つのは、朔望月223回が交点月242回および近点月239回とほぼ等しいためです。この間隔の後、月はおおよそ同じ位相に戻り、交点に対してもおおよそ同じ位置に、近地点から遠地点までの距離周期でもおおよそ同じ位置に戻ります。
平均的な朔望月の長さを使うと、計算例が分かりやすくなります。223 × 29.53059日 = 6,585.32157日です。小数部分の0.32157日は約7時間43分にあたります。これが、よく使われる「18年11日8時間」という丸めた説明の由来です。うるう日を何回またぐかによって、暦上の日数の余りは変わり、11日ではなく約10日になることもあります。
これは近似的な一致であり、厳密な公倍数ではありません。交点との位置関係も距離も完全には元に戻らないため、系列が続くにつれて食の様子が変化します。また、対応する食の時刻どうしの実際の間隔にも多少の違いがあります。そのため、平均的なサロス周期を足すだけでは、食の接触時刻を計算する代わりにはなりません。
もう1つ、重要な区別があります。朔望月223回という数え方で結びつくのは、ある日食と別の日食、またはある月食と別の月食です。新月のときの食が満月のときの食に変わるわけではありません。日食と月食には、それぞれ別のサロス系列があります。
次の食が西へ移動する理由
1日の端数の時間が、地理的には大きな影響をもたらします。次のサロス周期が終わるまでの間に、地球は自転します。約8時間は自転の約3分の1にあたるため、食が見られる地域は、系列の次の食へ進むごとに経度で約120度西へ移動します。
日食では、このため、よく知られた系列の後の食が通常は地球の別の地域を横切ります。太陽と月の配置が前回とよく似ていても、観測地点は月の影の下にあった同じ位置から地球の自転によって移動しています。配置の変化に伴い、通過経路も南北にずれます。
月食には、地表を横切る狭い皆既帯はありません。問題となるのは、各段階で月が地平線より上にある地域です。経度方向のずれにより、現象を見られる地域が変わりますが、広い範囲で観測可能な地域が重なる場合もあります。
サロス周期3回分はエクセリグモスと呼ばれ、約54年と1か月にあたります。余分な時間を合計すると、ほぼ1日になるため、発生時刻は最初の時刻に近づきます。地理的な類似性は高まりますが、それでも食が完全に再現されるわけではありません。
食の系列にも一生がある
サロス系列とは、関連する食をサロス周期ごとにたどってできる一連の現象です。周期は繰り返す間隔を指し、系列はその間隔で結びつく現象の連なりを指します。多くの系列が同時に進行し、それぞれの食が暦の中で入り交じっています。そのため、連続して起きる2つの食が、必ずしも同じ系列に属するとは限りません。
交点との位置関係のわずかなずれがゆっくりと積み重なるため、各系列は何世紀にもわたって続きます。月食の系列は、月が地球の影の外側部分である半影にかろうじて入り込むところから始まります。その後の食では月が影のより深い部分を通るようになり、部分月食となり、系列によっては皆既月食にもなります。やがて影を通る深さが再び浅くなり、系列は終わります。すべての系列で皆既月食が起きるわけではありません。
半影月食・部分月食・皆既月食の違いを知ると、この変化を視覚的に理解しやすくなります。サロス周期を通して見れば、これらの分類は無関係な現象の種類ではなく、1つの系列が発展するさまざまな段階を表すことがあります。
日食の系列も、部分日食から始まり、部分日食で終わります。その間には中心食が起きることがあります。配置の変化によって、皆既日食、金環日食、金環皆既日食となる場合もあります。系列の間に実際の類似性はありますが、食の種類が変わらないことを保証するものではありません。
古代の観測者が予測できたこと
バビロニアの天文学者は、軌道運動の物理的な仕組みが現代のように説明されるよりずっと前から、月食に繰り返し現れるパターンを見いだしていました。何世代にもわたって記録を集めることで、何年も隔たった現象を関連づけられるようになりました。重要な成果は、長い系列に構造があると見抜いたことです。月食を1つずつ孤立した前兆や驚きとして扱うのではありませんでした。
月食には、こうしたパターンを見つけやすくする実用上の利点がありました。地球の夜側の広い範囲から見えるため、ある場所の観測者にとっては、狭い経路をたどる皆既日食より目撃する機会が多くなります。それでも、天候や昼間であること、月が地平線より下にあることなどによって、地域の記録に空白が生じることはありました。
周期的な間隔を知れば、食が起きる可能性のある時期を特定できましたが、現代の観測者が期待する情報のすべてが得られるわけではありません。日食が特定の場所を通る経路や、月食の皆既食が始まる正確な時刻を予測するには、より詳細な幾何学的計算が必要です。したがって、サロス周期の歴史的な価値は完璧な精度ではなく、重力の完全な理論がなくても観測から見いだせる、信頼性の高い関係にありました。
過度な期待をせずに周期を活用する
実際に比べるには、カタログから月食を1つ選び、約18年前または後に起きた現象を探します。カタログにサロス番号が記載されている場合は、暦の日付の間隔だけに頼らず、番号を使って関係を確認しましょう。食の種類や継続時間を比べてください。よく似ていれば、幾何学的な配置が繰り返された証拠です。一方で違いがあれば、その系列が徐々に変化していることが分かります。
18年後の同じ暦日に印を付けるだけではいけません。余分な日数も時間も重要です。正確な満月時刻は月相カレンダーで確認し、その後、食のカタログで影との接触時刻を調べてください。満月は必要な位相を示しますが、月が地球の影に入る保証にはなりません。
最後に、食が起きることと、自分がそれを見られることを分けて考えましょう。都市別の月情報ダッシュボードでは、月の出、月の入り、高度、方位を確認でき、地元の地平線の状況を調べるのに役立ちます。食の幾何学的な条件がよくても、月が地平線の下にある時間に起きたり、建物の陰でまだ低い位置にあるうちに始まったりすることがあります。関連する食がなぜ再び起きるのかをサロス周期が説明し、実際に見られるかどうかは現地の時刻と地平線によって決まります。