日食は秒単位で予測できます。その方法は次のとおりです。

10 月 14 日、西半球では金環日食が見られます。月は私たちの視界では小さすぎて遠くにあるため、太陽の円盤を完全に隠すことはできません。代わりに、月は太陽の中心を覆い隠し、端にリングを残します。空の火のリングを見るのに最適な場所は、オレゴン、テキサス、中央アメリカ、コロンビア、そして最後にブラジル北部を横切る経路沿いです。ニューメキシコ州アルバカーキを訪れてみてはいかがでしょうか。そこでは、ちょうど 4 分 48 秒の金環日食を体験できます。

本当の皆既日食を観たいなら、あと6か月待てばよい。2024年4月8日、東部時間午後2時10分（現地時間午後12時10分）、メキシコのマサトランは、太陽の大部分が影に隠れる北米初の都市となる。皆既日食の軌道はその後、ダラスとインディアナポリスを通り、カナダのモントリオール、ニューブランズウィック、ニューファンドランドへと弧を描く。月と太陽が特定の瞬間に空のどこに位置しているかを知っているおかげで、私たちはこれらすべての正確な詳細、そしてそれ以上のことを知ることができるのだ。

実際、私たちは何世紀も先の未来の日食を予測し、地図に描くことができます。科学者は月と太陽の正確な位置と、それらが時間とともにどのように移動するかを知っているので、月の影を地球に投影することができます。そして最先端のコンピューターを使えば、数フィートの範囲まで日食の進路を描くことができます。

日食には 3 つの条件が必要です。日食は、地球から見て月が太陽の光を遮ることで起こります。したがって、日食を予測するには、太陽、月、地球が互いにどこでどのように動いているかを知る必要があります。これは一見するとそれほど簡単なことではありません。太陽系は平らではないからです。月の軌道は、天文学者が黄道と呼ぶ太陽の軌道に対して約 5 度傾いています。私たちの衛星は、月に 1 回ほど地球と太陽の間を通過しますが (これを新月と呼びます)、この 2 つの軌道が交差することはめったにありません。

日食は、月が、月の軌道が黄道と交差する 2 つの点 (ノードと呼ばれる) のいずれかにあるときにのみ発生します。この交差時に月が新月である場合、日食が発生します。

数世紀前、日食を予測するには、微妙な軌道の細部を予測する必要がありました。しかし、天文学者が天体の動きについてより詳しく知るようになると、彼らは「エフェメリス」と呼ばれる表を作成し始めました。これは、月、太陽、惑星が空のどこにあるかを予測するものです。エフェメリスは今でも日食予測の鍵となっています。

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「必要なのは天体暦データだけです。実際に軌道を追跡する必要はありません」とNASAゴダード宇宙飛行センターの太陽物理学者C・アレックス・ヤング氏は言う。

天文学者は、エフェメリス データを使用して、月と太陽が交差する日付と時刻を正確に特定できます。日付がわかれば、日食の地図を作成するのは比較的簡単です。エフェメリスを使用すると、科学者は月の影を地球の球体に投影できます。19 世紀の数学を使用して、その影の 2 つの特徴である本影と半影の形状と緯度を計算できます。次に、時刻と地球の自転角度がわかれば、経度を判定できます。これらを組み合わせると、日食マップが作成されます。

かつて、天文学者は、何ページにもわたる座標表が詰まった長い本である暦に天体暦を印刷していました。天文学全体がコンピューターの時代へと進化したように、天体暦も進化しました。今日の科学者は、月、太陽、惑星、その他の衛星、小惑星などの軌道を数学的にモデル化しています。

NASAジェット推進研究所（JPL）は、数年ごとに定期的に天体の位置に関する新しい概要を発表している。最新版である2021年のDE440では、月の核とマントルが揺れ動き、自転を遅くするなどの詳細が説明されている。「一般的に言えば、地球から月の位置は約1メートル、おそらく数メートルの範囲でわかっています」と、JPLのエンジニアであるライアン・パークは言う。「太陽の位置は通常、数百メートル、おそらく300メートルの範囲でわかっています。」

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エフェメリスは、特に宇宙飛行ミッションを計画するときに、他の目的にも役立ちます。しかし、より洗練されたエフェメリス データのおかげで、私たちは現在、数世紀先の月の動きを確実に予測できます。実際、ほぼ 1000 年先の日食の詳細な地図を見つけることができます。(2563 年 4 月 23 日にシアトルにいるか、2974 年 9 月 7 日にアムステルダムにいるほど幸運な場合は、皆既日食の日に備えてください。)

しかし、これらの地図は、ほとんどの日食地図と同様に、皆既日食または環状日食の軌道を地球の表面を横切る滑らかな線として示しています。これは正確な表現ではありません。「これは鉛筆と紙での計算用に設計されたため、ほんの少し間違った単純化された仮定を多く採用しています」と、NASA ゴダード宇宙センターで日食地図を作成しているアーニー・ライト氏は言います。「たとえば、月は完全に滑らかな球体であるなどです。」

月も地球も端はギザギザしている。地球の地形は太陽を遮ることもあるし、月には山と谷が点在している。実際、月の谷間を通過する太陽光線は、日食の端によく見られるベイリーズビーズや「ダイヤモンドリング」を作り出す。「現在、ルナー・リコネッサンス・オービターからこれらの山々の詳細な地形情報を入手しています」とヤング氏は言う。

ライト氏は、ビクトリア朝時代の数学を現代のコンピュータグラフィックスに置き換える新しい地図作成方法の考案に協力した。彼の手法では、地球の表面をピクセルの地図に変換し、各ピクセルに異なる緯度、経度、高度を設定し、上空に太陽と月を配置する。次に、どのピクセルが月のどの部分を見て、太陽のどの部分を遮るかを計算する。

「それから、日食が続く間、例えば 1 秒間隔で一連の地図を作成します」とライト氏は言います。「最終的に、影の動画を作成するために組み合わせることができるフレーム シーケンスが作成されます。」この新しい技術は、最新のコンピューターと超高精度の天体暦でのみ可能であり、たとえば自宅から日食が見えるかどうかを明確に示す日食マップを作成できるようになる可能性があります。

「将来的には、より正確なまったく新しい地図が提供されることになると思います」とヤング氏は言う。「とても楽しみです。」