皆既日食の仕組み：2027年の経路を動かすシミュレーター

このモデルで分かること

皆既日食は、月が太陽と地球のちょうど間に入り、月の濃い影である本影が地面に届いたときに起こります。太陽が完全に隠れて見えるのは、通常は幅100〜250 km ほどの細い帯の内側にいる人だけです。陸地で次に見られるのは2027年8月2日の皆既日食で、経路はスペイン南部、モロッコ、アルジェリア、リビア、エジプト、サウジアラビア、イエメン、ソマリアを通り、ルクソール付近では太陽が約6分23秒隠れ続けます。これは、この展示のカタログに収めた2026年から2060年までの日食で最長の皆既です。

ステージには二つの視点があります。宇宙からの視点では、地球と月と二つの影の円錐を、NASA が日食の予報に使うのと同じ座標系で描き、選んだ日食の時刻どおりに地球が回ります。昼側の暗い部分は、地表のすべての点について計算した影で、オレンジの帯が皆既の帯です。空の見え方では、一つの都市に立って空を見上げます。月が太陽の上をすべり、最後の日光が光の粒に分かれ、コロナが現れて空が暗くなります。このページの時刻と継続時間はすべて NASA が公表している日食の要素から出したもので、それを都市ごとの時刻にするプログラムは NASA 自身の表と照合して確かめてあります（詳しくは後半で説明します）。

何よりも先に守ることが一つあります。肉眼で、ふつうのサングラスごしに、また適切な太陽フィルターなしでカメラ、双眼鏡、望遠鏡ごしに、太陽を見てはいけません。日食グラスは国際規格 ISO 12312-2 に適合したものを使います。外してよいのは皆既の最中だけで、最初の明るい光の粒が戻ったらすぐにかけ直してください。

二つの影と二種類の日食

月は太陽に片側を照らされ、ほかの物体と同じように宇宙空間に影を落とします。太陽は点ではなく、幅がおよそ0.5°の円盤なので、この影は二つの部分に分かれます。

半影は、月が太陽の一部を隠すものの、全部は隠さない領域です。月の後ろで円錐状に広がり、地球に届くころには直径がおよそ6,800 km になります。この中にいる人には部分日食が見えます。太陽がかじり取られたような形です。

本影は、月が太陽をすべて隠す領域です。月の後ろで細くなる円錐で、約374,000 km 先で先端になります。月から地球表面の最も近い点までの距離は平均で約378,000 km なので、平均的な距離のとき、本影の先端は地面の数千 km 手前で消えます。そうなると、影の軸の真下にいる人は、月のまわりに太陽の光の輪を見ます。これが金環日食です。月が軌道の近い側にいるときだけ本影が地球に届き、その細い帯の上で皆既になります。

ハイブリッド日食は、この二つが混ざった珍しいものです。地球の表面は曲がっているので、帯の中央は両端より地球半径一つぶんほど月に近くなります。本影の先端がその二つの距離の間にあると、日の出と日没に近い両端では金環に、中央では皆既になります。NASA のカタログには、2001年から2100年までに224回の日食があり、内訳は部分77、金環72、皆既68、ハイブリッド7です。

実際の距離をオンにすると、ステージがふだん使っている縮小なしの長さで見られます。月は地球の中心を通る面から地球半径の約56倍の位置に移り、縮めた図では長く見えた暗い円錐が、やっと地面に届くだけだと分かります。

なぜ月は太陽を隠せるのか

太陽の平均半径は695,700 km、月は1,737.4 km で、比はおよそ400です。太陽までの平均距離は1億4960万 km、月までは384,400 km で、比はおよそ389です。二つの比がほぼ等しいため、空では二つの円盤がほとんど同じ大きさに見えます。どちらも約0.5°です。

「ほとんど」であることが、日食にさまざまな種類がある理由です。月までの距離は軌道を一周するたびに変わり、平均的な近地点で約363,300 km、遠地点で約405,500 km になります。地球と太陽の距離も1年で約3%変わります。月が太陽より大きく見えるときは皆既になりえて、小さく見えるときは金環が限度です。NASA の食分は最大食のときのこの関係を表します。2027年8月2日は1.079で、月は太陽より8%近く大きく見えるため、皆既がこれほど長くなります。

なぜ毎月は日食にならないのか

月は新月のたびに、約29.5日ごとに、地球と太陽の間を通ります。それでもほとんどの月に何も起こらないのは、月の軌道が地球の公転面に対して5.145°傾いているからです。たいていの新月では、月は空で太陽のやや上かやや下を通り、影は地球を完全に外れます。

日食が起こるには、新月が二つの交点のどちらかの近くで起こる必要があります。交点は、月の軌道が地球の公転面を横切る点です。太陽が交点と並ぶのは年に2回なので、日食は約半年おきの「日食シーズン」にまとまって起こります。カタログに2026年の2月と8月、2027年の2月と8月、2028年の1月と7月という日付が並ぶのはそのためで、交点が回っていくので、シーズンは毎年約19日ずつ早まります。

各シーズンには、地球のどこかで少なくとも1回の日食がありますが、ほとんどは部分か金環で、皆既日食が覆うのは惑星のほんの一部です。影がどれだけ中心に当たるかを表す NASA の指標がガンマで、最大食の瞬間における影の軸と地球の中心との距離を、地球半径を単位にして表したものです。ガンマが0に近いと影は昼側の真ん中に当たり、±1に近いと縁をかすめます。2027年の日食はガンマが0.1421で、ほぼ中心に当たります。アラスカを通る2033年の日食はガンマが0.9778で、経路がこれほど北にあり、幅が781 km にもなるのは、影が斜めに地球に当たって広がるからです。

皆既の帯

地球が回っていなければ、本影は時速約3,500 km で地球の上をなぞっていきます（2027年の NASA の要素では、軸が1時間に地球半径0.545個ぶん動きます）。地球の自転で地面も西から東へ同じ向きに運ばれるため、地面に対する影の速さはそれより小さくなります。ステージの影の速さの表示が、その時々の値を示します。2027年8月2日のルクソール付近では時速約2,400 km ですが、帯の始まりと終わりの近く、影が曲がった地球にかすめるように当たる場所では、何倍も速く動きます。

帯の幅は、月がどれだけ遠いか、影が地面にどれだけ急な角度で当たるかで決まります。NASA が示す最大食での幅は、2027年が258 km、2035年が116 km です。ステージは同じ要素から30秒ごとに帯の縁を計算します。各瞬間に影の軸が地球と交わる場所を求め、回る地面に対して影が動く向きを出し、本影の半径ぶんだけ両側に進めます。その結果がオレンジの帯です。帯の縁は限界線で、そのすぐ内側では皆既は数秒しか続かず、中心線上でいちばん長くなります。

地図で帯が曲がって見えるのはなぜでしょうか。影は宇宙空間をほぼまっすぐ進みますが、地球は太陽に向かって、または太陽から離れる向きに傾いた、回転する球だからです。8月は北半球が太陽側に傾いており、2027年の経路は大西洋からジブラルタルの上を通り、サハラ砂漠を横切って紅海に達し、アフリカの角へと弧を描きます。

地上からの見え方

空の見え方に切り替え、都市を選んで時刻を動かしてください。段階は決まった順に進み、二つの円盤の縁が触れ合う四つの接触で名前がつけられています。

第1接触（C1）。 月の縁が太陽の縁に触れます。しばらくは何も変わって見えません。太陽が30%隠れていても、まぶしさが強すぎて欠けたことに気づきにくいからです。部分食の段階は、たいてい1時間以上続きます。フィルターごしなら、かじられた部分が大きくなるのを見られます。

光が変わる。 太陽の80〜90%が隠れると、昼の光は青白くなり、影の輪郭がくっきりします。光が細い三日月から来ているためです。残る日光の表示は、まだ見えている太陽の円盤の割合です。99%隠れていても1%が残っていて、その1%でも直視するには明るすぎます。

ベイリービーズ。 月の縁はなめらかではありません。深さ数 km の谷が、最後の日光を数秒だけ別々の点にして通します。空の見え方では、それくらいの深さの谷をもつ月の縁を描いているので、ビーズはほぼ正しい時刻に現れます。ただし輝きは見えるように実際より大きく描いています。名前は、1836年の金環日食でこれを記述したフランシス・ベイリーにちなみます。

ダイヤモンドリング。 光の粒が一つだけ残ると、コロナの淡い輝きのそばで、指輪の宝石のように光ります。やがて最後の粒が消えて皆既が始まります（第2接触、C2）。

皆既。 明るい円盤が消えます。縁にはほんの一瞬、薄いピンク色の層である彩層が見え、プロミネンスと呼ばれるピンク色のガスの舌も見えます。黒い月のまわりには、太陽の外側の大気であるコロナが広がります。100万度を超える高温ですが、明るい円盤が少しでも見えているうちは、淡すぎて見えません。空は深い薄明の青になり、地平線は一周ぼんやりと明るく光ります。そこに届く光は、影の外側の、まだ部分食にとどまっている場所から来ているからです。明るい惑星や星も見えることがあります。

第3接触（C3） で皆既は終わり、もう一つのダイヤモンドリングと、月の反対側のビーズが現れます。その後、部分食の段階が逆の順に進み、第4接触（C4） で終わります。

ステージのボタン「第1接触」「皆既開始」「最大」「皆既終了」「最後の接触」で、選んだ都市のそれぞれの瞬間に移動できます。表示には、現地時刻、太陽の高度、隠れた割合、皆既の開始または終了までのカウントダウンが出ます。

目の安全

NASA の日食安全のページ、米国天文学会（AAS）、韓国天文研究院（KASI）は、同じ規則を示しています。

• 皆既の間を除き、太陽を安全に見る方法は太陽フィルターだけです。ISO 12312-2 に適合した日食グラスか手持ちのビューア、または望遠鏡やカメラの前に付ける専用フィルターを使います。
• ふつうのサングラスは、とても濃いものでも安全ではありません。すすをつけたガラス、感光したフィルム、サングラスの重ねがけも同じです。
• 覆いのない太陽を、カメラ、双眼鏡、望遠鏡ごしに見てはいけません。日食グラスをかけていてもです。光学系が光を集め、グラスのフィルターを焼き抜けて目に入ります。
• コロナを見るために、皆既の間だけフィルターを外します。ダイヤモンドリングか最初の光の粒が戻ったら、すぐにかけ直します。
• 金環日食は、どの段階でも安全にはなりません。明るい輪は太陽の表面の一部です。
• 皆既の帯の外にいるなら、99%隠れていても、フィルターなしで見てよい瞬間はまったくありません。

AAS は、確認済みの日食グラス販売元の一覧を公開しています。大きな日食の前には、ISO の番号を印刷しただけの偽物のグラスが売られたことがあるためです。KASI の日食のお知らせも、太陽フィルターなしで望遠鏡、カメラ、サングラスを使うことを戒め、フィルターごしでも一度に3分以上は見続けないよう勧めています。

空の見え方は、この規則に沿っています。バナーは部分食の間ずっと赤い警告のままで、太陽が完全に隠れている間だけ緑の注意書きに変わります。太陽フィルターの操作は、フィルターごしの見え方を示します。黒い空に浮かぶオレンジ色の円盤で、コロナは見えません。

次の皆既日食

表は今後数年の皆既日食を、NASA による最大の継続時間（最大食のときの中心線上）と、経路にあたる国とともに並べたものです。「操作」タブのカタログには、過去の日食も含めて43件が入っていて、検索、絞り込み、継続時間順の並べ替えができます。

2027年8月2日：スペイン、北アフリカ、ルクソール

多くの人が旅をしてでも見に行く日食です。影は08:45 UT ごろ、ジブラルタル海峡で陸地に達します。都市の中心で計算すると、カディスでは皆既が2分53秒、マラガでは1分50秒続きます。一方、帯のすぐ北にあるセビリアは98.3%が隠れるだけで、暗くはなりません。地中海を渡った経路は、モロッコ北部とアルジェリアを覆い、リビアの海岸沿いを進みます。チュニスは帯の外で97.1%、カイロは94.8%です。ルクソールは最大食の地点に近く、都市の中心で皆既が6分20秒続き、太陽は高度82°とほぼ真上にあります。サウジアラビアのジッダでは6分0秒です。

2033年3月30日：アラスカ

影はベーリング海峡から入り、アラスカ西部と北部を横切って、北極海へ抜けます。ノームでは皆既が2分30秒続き、現地時刻9:47ごろ、太陽は地平線からわずか8°の高さです。ウトキアグヴィクでは2分36秒続きます。アンカレッジは帯の外で96.7%です。低い太陽、雪、春の天気が、計画での要点になります。空の見え方でノームを選び、太陽の大きさを小さくすると、地平線と薄明の輝きが視野に入ります。

2044年8月23日と2045年8月12日：アメリカ

2044年の日食は、モンタナ州とノースダコタ州の上空で日没とともに終わります。南の縁に近いグレートフォールズでは、太陽の高度5°で皆既はわずか22秒です。その1年後の2045年8月12日には、中心線が国全体を横切ります。通るのはカリフォルニア州北部、ネバダ州、ユタ州、コロラド州、カンザス州、オクラホマ州、アーカンソー州、ミシシッピ州、アラバマ州、フロリダ州です。オーランドでは太陽の高度76°で皆既が5分47秒続き、ダラスは帯の外で92.8%です。最大の6分6秒は、カリブ海の上で起こります。

その間の2028年7月22日には、皆既がオーストラリアとニュージーランドを横切ります。シドニーで3分49秒、ダニーデンで2分51秒です。

2035年9月2日：朝鮮半島北部と日本

2035年の帯は、中国北部（北京は1分33秒）から朝鮮半島の北部を横切ります。平壌は1分48秒、元山は2分8秒です。そのまま日本の中部（富山は1分15秒、水戸は2分32秒）へ続きます。ソウルは帯の南にあって96.5%が隠れ、東京は99.4%です。

2026年8月12日、すでに終わった日食

2026年8月12日の日食は、夕方にグリーンランド、アイスランド西部（レイキャビクは1分1秒）、スペイン北部を横切りました。バレンシアでは、太陽の高度がわずか4°のときに皆既になりました。

あなたの都市：次の日食

「操作」タブのあなたの都市で見える日食では、35都市のそれぞれについて、今日から2100年までに、第1接触から最後の接触までのどこかで太陽が地平線の上にある日食をすべて計算します。各日食について、日付、太陽の面積のうち隠れる割合（食面積）、その都市が皆既または金環の帯の内側にあるかどうかを表示します。次の皆既日食と、2100年までで最も深い日食も示します。

結果のいくつかは、一つの場所で皆既がいかにまれかを示しています。ニューヨークで次に皆既日食が見られるのは2079年5月1日です。パリとイスタンブールは2081年9月3日まで待ちます。ソウル、東京、マドリード、ロンドン、パースは2100年までに一度もありませんが、シドニーは2028年7月22日に3分49秒の皆既を迎えます。ソウルにとって今世紀で最も深い日食は、2035年の96.5%です。

科学を変えた日食

1851年7月28日。 プロイセンのケーニヒスベルク天文台で観測していたユリウス・ベルコフスキーが、皆既日食の撮影に初めて成功したダゲレオタイプを残しました。

1868年8月18日。 経路はインドを横切りました。グントゥールで観測したジュール・ジャンサンは、紅炎のスペクトルに、既知のどの元素とも合わない明るい黄色の線を見つけました。のちにノーマン・ロッキャーは、これを新しい元素であるヘリウムによるものとしました。

1919年5月29日。 プリンシペ島（アーサー・エディントン）とブラジルのソブラル（アンドルー・クロメリン）への遠征隊が、日食中の太陽の近くにある星を撮影しました。星の位置は、アインシュタインの一般相対性理論が予測した太陽の重力による光の曲がりとほぼ同じ量だけずれていたと、1920年にダイソン、エディントン、デイビッドソンが報告しました。

1973年6月30日。 コンコルドの試作機001号が、北アフリカ上空でマッハ2.05で影の下を飛びました。7人の観測者は74分間も皆既の中にとどまり、地上のどこでも得られない長さの時間を、赤外線と彩層の測定に使いました。

2017年8月21日と2024年4月8日の日食はアメリカ（2024年はメキシコとカナダも）を横切り、多くの人が日食グラスを手に初めて皆既日食を見た日食になりました。

時刻の計算のしかた

NASA は、町ごとの一覧を別々に公表しているわけではありません。公表しているのはベッセル要素です。これは日食ごとの数個の値を時間の短い多項式で表したもので、地球の中心を通り、影の軸に直角な面（基準面）上での月の影を表します。各日食について、次の値が与えられます。

• x と y：影の軸がその面を横切る位置（地球半径が単位）。
• d と μ：軸の向き（赤緯）と時角。この二つで、影の下で地球がどう向いているかが決まります。
• l₁ と l₂：面上での半影と本影の半径。
• tan f₁ と tan f₂：その半径が軸に沿ってどれだけの割合で変わるか。

緯度 φ、経度 λ の観測者について、プログラムはまず、地球の扁平を考慮して、観測者が同じ座標系のどこにいるか（ξ, η, ζ）を求めます。そのうえで、任意の瞬間について次を計算します。

• 観測者の高さでの影の半径は、L₁′ = l₁ − ζ tan f₁ と L₂′ = l₂ − ζ tan f₂。
• 観測者と軸との距離は、Δ = √((x − ξ)² + (y − η)²)。
• 食分は (L₁′ − Δ) / (L₁′ + L₂′)。
• Δ < −L₂′ のとき皆既、Δ < L₂′ のとき金環。

最大食は Δ が最小になる瞬間です。接触は Δ が L₁′（C1 と C4）または |L₂′|（C2 と C3）に等しくなる瞬間で、どれもニュートン法を数回くり返して求めます。太陽の面積のうち隠れる割合は、二つの見かけの半径とその中心の間隔から、二つの円が重なる部分の面積として求めます。これらは『天文年鑑解説補遺』（Explanatory Supplement to the Astronomical Almanac）とジャン・ムースの『日食の要素』（Elements of Solar Eclipses）にある標準的な式です。

2026年から2100年までの169件のすべての日食と、過去の日食の要素は、NASA の日食検索エンジン（フレッド・エスパナク）から取っています。ここには『日食の五千年カノン』（Five Millennium Canon of Solar Eclipses）の元になった多項式の要素が載っています。プログラムは NASA の三つの情報源と照合しています。

• NASA のオンライン計算機。 35都市と169件の日食で、半影が都市に届く2,259組について、日食の種類は毎回一致し、食分は0.00001、隠れる割合は0.005ポイント、すべての接触時刻は0.1秒以内の精度で一致します。
• NASA の経路表。 12件の日食（1919年から2045年）の中心線上の266点で、計算した皆既の継続時間は、NASA の表の値と0.21秒以内で一致します。
• NASA のカタログ。 カタログの43件の日食すべてで、最大食の時刻は1.2秒以内、中心での継続時間は0.5秒以内で一致します（NASA は整数の秒に丸めています）。

このモデルが単純にしていること

• 影に沿った距離は、月と地球と円錐が一つのステージに収まるよう約9分の1に縮めてあり、影を横切る方向の幅は実寸です。「実際の距離」で縮小は元に戻ります。太陽はずっと近く、ずっと小さく描いています。
• 地球は球として描いています。計算では扁平な地球を使いますが、どの都市も海面の高さにあるものとして扱い、地平線付近の大気差は無視するので、地平線のすぐ下にある太陽は沈んだものとして数えます。
• 地球の自転は、一様な時間と実際の自転とのずれである ΔT に左右されます。NASA の要素は予測した ΔT（2027年は76秒）を使っています。将来の値を正確に知ることはできず、数秒の誤差で帯は東か西に1〜2 km ずれます。
• 月の縁は、深さ数 km のつくりものの谷で描いています。実際のビーズは測定された月の地形に従い、接触時刻が1〜2秒ずれますが、ここではモデル化していません。NASA の表も、なめらかな月を使っています。
• コロナは写真ではなく描画です。形は太陽活動の周期で変わり、ステージでは太陽の赤道付近に長い筋をもつ一般的な形を使っています。
• 空の明るさは、空の見え方では太陽の見えている割合に従います。皆既中の空と地平線の輝きは、皆既の写真に見えるよう描いたもので、測定値ではありません。