影のできかた－本影と半影

　次の図のように地面を照らす太陽の光を手で遮ると、地面に手の影が映ります。

　手の形の影ができるのは、光が直進するからです。これを簡単に示すと次の図のようになります。

　さて、太陽光でできる影は濃くて鮮明ですが、蛍光灯などの光の場合には、濃い影のまわりに不鮮明な薄い影ができます。次の写真は蛍光灯の光で作った手の指の影の写真です。

　太陽は地球から非常に遠くにあるため、地面に影ができるぐらいの距離では点光源と考えることができます。点光源とは１点から放射状に光を放つ光源です。一方、蛍光灯などは面光源といい、蛍光灯の面全体から出る光を考える必要があります。

　下図の（Ａ）は点光源でできる影を示したものです。点光源は１点から光が出ますので、濃い鮮明な影ができます。それに対して（Ｂ）は面光源でできる影を示したものです。電灯の両端から出た光はそれぞれ影を作りますが、光がまったく当たっていない部分と、影もできるが光も当たっている部分ができます。前者の濃い部分の影を本影、後者の薄い部分の影を半影といいます。（Ｃ）のように、影のできる面に物体を近づけると、半影の部分は少なくなり、遠ざけると半影の部分が多くなります。つまり、物体から近くにできる影は鮮明で、遠くにできる影はぼやけるということになります。どのぐらい影がぼやけるかは光源の大きさ、光源と物体の距離、物体と影ができる位置で変わります。

　さて、さきほど太陽は点光源と考えることができると説明しましたが、空に輝く太陽が丸い形をして見える通り、太陽は本当は点光源と考えられるほど遠くにはありません。視野角にして0.5度ぐらいの大きさがあります。

　地面にできる影を考えるぐらいでは太陽の大きさは無視しても構いませんが、物体と影ができる位置の距離が大きい場合は太陽の大きさを考慮しなければなりません。

　次の写真は皆既日食のときに、地球に映った月の影を宇宙ステーションのミールから撮影したものです。真ん中付近は黒い影になっていますが、まわりは薄暗くなっていることがわかります。

Astronomy Picture of the Day
Discover the cosmos! Each day a different image or photograph of our fascinating universe is featured, along with a brief explanation written by a professional astronomer.

2007 June 10

Explanation: Here is what the Earth looks like during a solar eclipse. The shadow of the Moon can be seen darkening part of Earth. This shadow moved across the Earth at nearly 2000 kilometers per hour. Only observers near the center of the dark circle see a total solar eclipse - others see a partial eclipse where only part of the Sun appears blocked by the Moon. This spectacular picture of the 1999 August 11 solar eclipse was one of the last ever taken from the Mir space station. The two bright spots that appear on the upper left are possibly Jupiter and Saturn, although this has yet to be proven. Mir was deorbited in a controlled re-entry in 2001.   

http://antwrp.gsfc.nasa.gov/apod/ap070610.html

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