～その疑問、解決します～
学習お助けＱ＆Ａ

地震

初期微動継続時間の求め方を教えてください。

「初期微動継続時間」とは、“初期微動が伝わってから主要動が伝わるまでの時間差”をいいましたね。なお「初期微動」とは”はじめの小さなゆれ”であり、「主要動」は“あとからくる大きなゆれ”のことをいいます。
それでは、｢初期微動継続時間｣の求め方を説明していきましょう。

＜タイプ１＞

下図は、ある地点でのゆれを地震計で記録したものです。

P波の方が速度が速いため、ある観測点での地震のゆれは、まずP波のゆれが観測され、続いてS波のゆれが観測される、ということになります。
P波が到達すると初期微動が観測され、S波が到達すると主要動が観測されます。
これら２つの波が到達する時間差が初期微動継続時間ですから、グラフの横軸からそれぞれの波の発生時刻を読み取り、それらの差を計算すれば、初期微動継続時間を求めることができます。

上の観測例では、P波到着が「9時12分10秒」、S波到着が「9時12分30秒」ですので、初期微動継続時間は

9時12分30秒－9時12分10秒＝20[秒]

となります。
このように、２つの波の発生時刻が、問題文や表、グラフなどに示されている場合には、計算によって初期微動継続時間を求めることができます。

＜タイプ２＞

“初期微動継続時間は「震源からの距離」に比例する”という性質がありますので、覚えておきましょう。つまり、ある地点の「震源からの距離」と「初期微動継続時間」がわかっていれば、ほかの地点での「初期微動継続時間」を比例式の計算で求めることができます。

下のグラフからわかるように、震源からの距離が遠くなればなるほど、P波とS波が到達する時間差は大きくなります。

そして、今は、震源からの距離が400kmのとき初期微動継続時間60秒であることがわかっています。これを使って、「震源からの距離：初期微動継続時間」という形の比例式をつくっていきます。
たとえば、震源からの距離が280kmのとき初期微動継続時間を$x$[秒]とすると

400[km]：60[秒]＝280[km]：$x$[秒]

という比例式が成り立ちます。

比例式には上のような関係があるので

400×$x$＝60×280

   $x$＝42[秒]

と求めることができます。
また、初期微動継続時間が24秒である地点の震源からの距離を$y$[km]とすると

400[km]：60[秒]＝$y$[km]：24[秒]

         $y$＝160[km]

と求めることができます。

このように、ある地点の｢震源からの距離｣と｢初期微動継続時間｣がわかっていると、他の地点の｢震源からの距離｣や｢初期微動継続時間｣を求めることができます。

地震発生時刻の求め方がわかりません。

地震の計算問題の多くは、速さの公式 速さ＝距離時間 を使って解いていきます。

たとえばP波・S波の地震波の速さを求めたいときは、

地震波の速さ［km/秒］＝地震波が伝わった距離［km］地震波が伝わった時間［秒］

と、速さの公式と同じですね。そして、この式を変形すれば、地震波が伝わった距離や時間も求められます。
ただし、注意したいのは、地震の発生時刻がわからない問題では、震源からの距離がわかっていても、震源から何秒で地震波が到着したかがわからず、速さの公式を使うことができません。
ですから、地震の計算問題では、地震を観測した２地点に注目します。それぞれの震源からの距離の差、地震波が到着した時刻の差を利用して、速さの公式を使います。

たとえば、下の表のように、２地点の震源からの距離と、P波、S波の到着した時刻がわかっている場合に、地震発生時刻を求めてみましょう。

震源からの距離	P波の到着した時刻	S波の到着した時刻	初期微動継続時間(秒)
➀ (225km)	9:11:10	9:11:25	15
➁ (375km)	9:11:30	9:11:55	25

まずは、地震を観測した２地点➀・➁に注目して、P波の速さを求めましょう（どの問題でも、まずは地震波の速さを求めましょう）。

1. P波の速さを求める。

観測点➀と➁の震源からの距離の差は
75[km]－225[km]＝150[km]

また、観測点➀と➁での、P波が到着した時刻の差、つまり初期微動が始まった時刻の差は、
9：11：30－9：11：10＝ 20[秒]

よって、P波は150kmを20秒で伝わったことになるので、P波の速さは

150[km]20[秒]＝7.5[km/秒]

となります。

次に、震源(震源からの距離0km)と観測点➀(観測点➁でもよい)の２地点に注目して、P波が震源から観測点➀に伝わるまでにかかる時間を求めましょう。

2. P波が震源から観測点➀まで伝わるのにかかった時間を求める。

震源から観測点①まで、225kmをP波は7.5km/秒の速さで進みますから、かかった時間は

225[km]7.5[km/秒]＝30[秒]

となります。

3. 地震発生時刻を求める。

2より、P波は、震源(震源からの距離0km)を出発して、観測点➀に30秒後の9時11分10秒に到着したことがわかります。つまり、P波が観測点➀に到着した9時11分10秒の30秒前の9時10分40秒に地震が発生したことになりますね。

問題によっては、はじめの条件が、以上のような表ではなくグラフで与えられる場合もあります。いずれにしても、２地点に注目して解くということはかわりません。数値をグラフから読み取るようになるだけです。
なお、震源からはP波もS波も同時に出発していますので、グラフでは２つの波のグラフの交点は地震発生時刻を表していることになります。このことを利用して、P波とS波のグラフを震源距離が0kmの地点まで作図して、地震発生時刻を求める問題もあります。どのような方法が求められているか、問題文をきちんと読んで把握しましょう。

地層

なぜ、地層の重なりかたによって、海水面の変化がわかるのですか。

海の堆積物は、川の水によって運ばれてきた土砂です。土砂は粒の大きさによって、「れき」「砂」「泥」と区別されます。

	粒の大きさ (直径)	しずむ速さ	底に しずむまでに 運ばれる距離
れき (小石)	大きい (2mm以上)	速い	短い (河口に近い)
砂	中間 (0.06～2mm)
泥	小さい	おそい	長い (河口から遠い)

川が海に流れ出すところでは、急に流れがゆるやかになり、土砂は海底に沈みます。このとき、れきは粒が大きく重いので、岸から離れた沖合まで運ばれることなく、岸に近い浅瀬に堆積します。そして、砂、泥の順に、粒が小さくて軽くなるほど、沖合に運ばれて堆積します。
つまり、海岸近くの水深が浅いところでは「れき」が堆積し、沖合の水深が深いところでは「砂」が、さらに深いところでは「泥」が堆積するのです。

では、海水面が上昇・下降した場合、れき・砂・泥がどのように堆積するか考えてみましょう。

下の図Ⅰでは、P地点は海岸線から離れた深い海の底にあり、おもに泥が堆積します。しかし海水面が下がると、Ⅱのように、P地点は海岸線に近くなり、浅い海の底になります。水深が浅くなるにつれて、砂やれきが堆積します。
反対に、ⅡからⅠのように海水面が上昇すると、浅い海の底にあったP地点は海岸線から離れ、深い海の底になります。水深が深くなるにつれて、れき、砂、泥の順に堆積します。
このように、同じ場所でも、海水面が上昇したり下降したりすることによって、海岸近くの浅い海の底になったり、沖のほうの深い海の底になったりするのです。

では、土砂の堆積のようすから海水面の変化をどのように推測するのかみてみましょう。

①れきの層→砂の層→泥の層の順に堆積するとき（下の層ほど粒が大きい）
水深が浅いところでは「れき」が堆積し、水深が深いところでは「泥」が堆積するので、下層から順に「れき→砂→泥」と堆積している場合、この地域は、時代とともに海が深くなっていった（海水面が上昇していった）場所であることがわかります。

②泥の層→砂の層→れきの層の順に堆積するとき（下の層ほど粒が小さい）
下層から順に「泥→砂→れき」と堆積している（つまり、上層にいくにつれ粒が大きなものが堆積している）地域では、堆積した地層の上の方の部分が陸地になる状態、すなわち時代とともに水深がしだいに浅くなっていった（海水面が下降していった）場所であることがわかります。

地層の重なりかたと水深の変化の関係をまとめると、下図のようになります。

柱状図から地層の傾きを求める問題の解き方がわかりません。

以下の問題を例に、説明します。柱状図は、地形図上のA～C地点での様子を示しています。

それでは、以下で考え方のポイントを順に追っていきます。

(１) 各地点の実際の標高を地形図から読み取り、柱状図に書き込む

柱状図の問題が出てきたら、必ずはじめにこれを行います。今回の場合は、地形図から、A地点の地表面の標高は50m、BおよびC地点の地表面の標高は70mであることがわかりますから、まずは柱状図の地表面からの深さが０mのところに、各標高を書き込みます。次に、それよりも深いところにある地層の標高は、「（地表面の標高）－（地表面からの深さ）」で求めることができますから、これを順番に書き込んでいきます。すると、次の図を得ることができます。

ここで書き込んだ数字は、各地層の実際の標高を表していますから、どんな柱状図の問題を解くときにも、とても重要な手がかりとなりますよ。以上の準備ができたら、地層の傾きについて考えてみましょう。

(２) 地層の傾き → 同じ時代に積もった地層の標高差に着目する

同じ時代に積もった地層としては、「火山灰の層」「示準化石を含む層」などのかぎ層（広範囲に同時期に堆積した層であると考えられる地層）を使って考えます。ここでは、上図の「火山灰の層」に着目してみましょう。

まず、A地点とB地点の火山灰の層は、両方とも標高30mですから、傾きはありません。したがって、地形図から、南北の方向には地層の傾きがないことになります。

そして、B地点とC地点については、先ほど標高を書き加えた柱状図を見てみると、B地点の火山灰の層は標高30m、C地点では40mですから、C地点のほうが火山灰の層の標高が10m高いことがわかりますね。地図上では、B地点とC地点は約20m離れていますから、これを図に表すと下図のようになります。

したがって、図からも明らかなように、C地点からB地点に向かって（すなわち、東に行くにつれて）地層の標高が低くなっていることがわかります。このようにして、柱状図のそれぞれの地点での標高を考えると、地層の傾きを考えやすくなりますよ。

天気

湿度の求め方がわかりません。

湿度を求める問題をマスターするためには、湿度が何を表すのかということや、飽和水蒸気量および露点についても合わせて理解しておかなくてはなりません。順に説明していきます。

空気中には水蒸気が含まれていますが、空気中に含むことのできる水蒸気の量には限界があります。
1m³の空気中に含むことのできる最大の水蒸気量を、飽和水蒸気量といいます。
飽和水蒸気量は温度によって決まります。
したがって、湿度や水蒸気量の問題において下図のような「気温と水蒸気量の関係」のグラフが与えられているとき、気温は飽和水蒸気量を読み取るために使用し、湿度の計算には用いません。
たとえば、下図ならば、「気温20℃の飽和水蒸気量は17.3g/m³」と読み取ります。

また、湿度とは、1m³の空気が含むことができる最大の水蒸気の量（飽和水蒸気量）に対して、どれだけの割合で水蒸気が含まれているのかを表すものです。

湿度[%]＝その空気の1m³中の
実際の水蒸気量[g/m³]その気温での
飽和水蒸気量[g/m³]×100

たとえば、ある温度において図１・２の２種類の空気1m³があったとき、それぞれの湿度は次のように考えます。

この温度の飽和水蒸気量は「10g/m³」であるとします（図では丸１つが1gの水蒸気を示しています）。 図１では、水蒸気（●）が5g含まれているので、この空気の湿度は「10gに対して5gの割合」すなわち「50%」となります。 図２は、飽和水蒸気量に対して水蒸気量10gが含まれているので、湿度は100%です。

次に、露点について確認しましょう。
露点とは、空気中の水蒸気が水滴になり始めるときの温度です。露点では、空気中の水蒸気量が飽和水蒸気量に等しくなっており、それ以下に温度が下がると水蒸気の一部が水滴になり始めるのです。露点はそのときの空気が含んでいる水蒸気量によって決まります。

下図では、30℃の空気に実際に含まれる水蒸気量を棒グラフで示し、飽和水蒸気量をグラフで表しています。

この空気の温度を下げていったとき、20℃になると、空気中の水蒸気量が飽和水蒸気量と等しくなります。（つまり、20℃以下に気温が下がると、水蒸気が水滴になり始めます。）
よって、露点は20℃ということになります。

以上のことをふまえて、下図のような｢気温と飽和水蒸気量のグラフ｣が与えられ、「30℃の空気の露点が20℃であるとき、
この空気の湿度を求めなさい。」という問題を考えてみましょう。
この場合、「露点である20℃の飽和水蒸気量＝実際に含まれる水蒸気量」と考えられるので、｢気温と飽和水蒸気量のグラフ｣から、20℃と30℃の飽和水蒸気量を読み取ります。

20℃の飽和水蒸気量は17.3g/m³、30℃の飽和水蒸気量は30.4g/m³と読み取れます。
これらの数値を用いて湿度を計算すると、56.9%であると求めることができます。

湿度[%]＝
20℃の飽和水蒸気量[g/m³]30℃の飽和水蒸気量[g/m³]×100

＝17.3[g/m³]30.4[g/m³]×100
＝0.5691...×100
＝56.9%

空気が膨張すると気温が下がる理由がわかりません。

通常、気体に熱が加えられて温度が上がるとき、その体積は大きくなります（膨張します）。これは、加えられた熱が膨張することに使われるためです。
空気がゆっくりと膨脹する場合は、周囲からエネルギー（熱）をもらいながら膨脹するため温度は下がらないのですが、空気が急激に膨張するときは、周囲からのエネルギーの供給が間に合いません。すると、「膨張する」という仕事をするために、空気自身のもっているエネルギー（熱）を消費します。そのため、空気自身のエネルギー（熱）が減ってしまい、温度が下がってしまうというわけです。
この現象を「断熱膨張」といい、くわしくは高校の物理で学習します。

飽和水蒸気量と露点について教えてください。

空気中には、目には見えませんが水蒸気が含まれています。そして、1m³あたり、何gの水蒸気が含まれているか、という数値で示すのが「水蒸気量」です。水蒸気量が少なければ乾いた空気、多ければ湿った空気ということになります。そして空気中に含むことができる水蒸気の量には限度があり、この限度いっぱいの水蒸気量を「飽和水蒸気量」といいます（下図）。飽和水蒸気量は、限度いっぱいなので、これを「湿度100%」ともいいます。もし、実際の水蒸気量が、飽和水蒸気量の半分だったら、湿度50%というように、割合で示します。

「飽和水蒸気量」は気温によって変わるので、表やグラフなどで問題に数値が与えられます（これも「1m³」あたりの数値です）。ある空気を冷やしていくと、ある温度で、含みきれなくなった水蒸気が水滴に変わって出てき始めます。ですから「露点」は現在の水蒸気量が飽和水蒸気量と等しくなる温度のことになるわけです。
そして、重要なことは「露点は、現在の気温に関係ない」ということです。

グラフには、青い棒グラフで、空気中の水蒸気量が多い場合と少ない場合とを示しています。
気温がともに30℃であると仮定し、30℃から気温を下げていくと、湿度が100％になってしまう（飽和水蒸気量と等しくなってしまう）気温……すなわち露点は、空気中の水蒸気量が多い場合の方が高いですね。
２つのグラフの比較から、露点は空気中の水蒸気量が多いほど高くなることがわかります。このように露点は気温には無関係で、そのときの空気中の水蒸気量が多いか、少ないかによって決まります。

露点が高いということは、雨の日のように空気中の水蒸気量が多いということで、露点が低いということは、晴れの日のように空気中の水蒸気量が少ないということです。

寒冷前線が通過すると西または北よりの風に変わる、温暖前線が通過すると南よりの風に変わる、ということがよくイメージできません。

寒冷前線・温暖前線は、低気圧にともなって移動してきます。低気圧の周囲は、風は反時計回りに吹き込んでいます（下図の矢印を参照してください）。
そして下図のように、日本付近の低気圧は東（北東）に移動していきます。

今、a地点にいるとイメージしてください。もうすぐ寒冷前線が通過します。すると、寒冷前線が通過する前は、暖気による「南よりの風（ピンクの矢印）」が吹いていますが、寒冷前線通過後は、寒気による「北または西よりの風（青い矢印）」に変わる、ということがおわかりになるのではないでしょうか。
同じように、b地点にいて、温暖前線がこれから通過する、と考えて、風向の変化を調べてみてください。寒気による「南または東よりの風（青い矢印）」から暖気による「南よりの風（ピンクの矢印）」に変わりますね。

等圧線の問題で気をつけることを教えてください。

等圧線は4hPaごとに引くルールですが、同時に1000hPa、1020hPaを太い線で示すことが決まっているのです。

実際の天気図において低気圧や高気圧の中心がちょうど4hPaごとの数値に一致するとは限らないので、太線である1000hPa、1020hPaを手がかりに考えていってくださいね。

天体

なぜ太陽が気体でできているとわかるのですか。

地球について考えてみると、赤道でも、高緯度でも、自転によって１周するのにかかる時間は同じです。たとえば、日本でもインドネシアでもオーストラリアでも、１周するのにかかるのはもちろん24時間ですね。これは、地球表面が固体であるため、各地点の互いの位置が変化しないからです。地球のように固体でできている星は、緯度に関係なく１周するのにかかる時間は同じになります。
しかし、太陽の表面を観測してみると、下図のように黒点が１周するのにかかる時間は、赤道と高緯度で異なります。

したがって、太陽の表面は、地球のように固体でできているのではないということがわかります。
さらに、一般に物質は固体、液体、気体の３つの状態を取りますので、太陽の表面は固体ではないことから、液体か気体と考えられますね。しかし、太陽の表面の温度は約6000℃という高温であることを考えると、液体の状態ではないだろうと考えられます。したがって、太陽の表面は気体であるということがいえるのです。
（実際には、高温でも物質が液体の状態であることがありますが、非常に専門的な内容になるので、現段階では上で説明したようなイメージを持っていれば十分です。）

星の動きを求める問題がわかりません。解き方のコツを教えてください。

地球は自転をしながら公転しているので、「自転による１日で１周の見かけの動き（日周運動）」も「公転による１年で１周の見かけの動き（年周運動）」も同時に起こっています。このように、天体は、日周運動と年周運動とが重なった少し複雑な運動をしています。したがって、自転と公転が融合した問題では、１日の天体の動き（日周運動）について問われているのか、１年の天体の動き（年周運動）について問われているのかを把握して、問題を解くことが大切です。

たとえば、現在観察している星が、「○時間後にどの位置に見えるか」を考える場合は、１日の中の動きなので、１時間ごとに15°東から西へ動いて見えることを使います。これは、地球が１日24時間で１回自転するため、１時間では 360[°]÷24[時間]＝15[°] だけ動くということです。
それに対して、「△ヵ月後の同じ時刻ではどの位置に見えるか」を考える場合は、１年の中の動きなので、１ヵ月ごとに30°東から西へ動いて見えることを使います。地球は１年で太陽の周りを１周しますので、１ヵ月では 360[°]÷12[ヵ月]＝30[°] だけ動くことになります。
このように、問題によって、どのような時間の単位での天体の動きを問われているか、をしっかり読み取りましょう。

複雑に見える問題でも、１日の動きなのか、１年の動きなのかが読み取れれば、「1時間後に見ると15°動いている」、「1ヵ月後の同じ時刻に見ると30°動いている（または、1日後の同じ時刻に見ると1°動いている）」」の２つを組み合わせて解くことができますよ。

では、具体的に、天体の問題で典型的な、次のような問題を考えてみましょう。

《問題》
1月15日、午前0時に南中した星は、2月15日の午前4時にはどの位置に見えるか？

このような問題では、日周運動と年周運動を分けて、次の順序で考えます。

Step１：
何ヵ月ずれているのか、何時間ずれているのか確認する

Step２：
時間のズレ（星の日周運動）を考える

Step３：
月のズレ（星の年周運動）を考える

（Step２とStep３の順序は逆でもかまいません）

では、この順序にしたがって実際に考えていきましょう。

Step１：
何ヵ月ずれているのか、何時間ずれているのか確認する

1月15日、午前0時 → 2月15日の午前4時
月のズレ：１ヵ月後  
時間のズレ：４時間後

Step２：
時間のズレを考える ※1時間で15°動く

4時間後なので、15[°]×4[時間]＝60[°] だけ東から西へ進みます。
（※4時間前なら、東へ60°もどします。）

Step３：
月のズレを考える ※1ヵ月で30°動く

1ヵ月後なので、1ヵ月分の30°東から西へ進みます。（※1ヵ月前なら、東へ30°もどします。）

よって、2月15日の午前4時には、上の図のようにはじめの位置から90°西へ動いたところに見えます。

「太陽が黄道を西から東に移動する」という意味がわかりません。

日周運動とは、地球の自転が原因で起こる見かけの運動のことで、天体が北極星を中心に、東から西へ１日に１回転（360°）する（ように見える）運動をいいます。
また、地球は自転するとともに、太陽のまわりを公転しているので、天体（太陽）は日周運動のほかに年周運動もします。日周運動が地球の自転を原因としているのに対して、これは、地球の公転が原因で起こる見かけの運動です。年周運動では、太陽が１年かけて星座の中を動いていくように見えるのですが、この太陽の通り道のことを「黄道(こうどう)」といいます。

たとえば下図で、北半球（日本）が夏の地球から見ると、太陽はオリオン座のある方角にあります（実際には明るくて星座は見えません）。そして、夏から秋にうつると、太陽はおとめ座の方角にありますね。冬には、太陽はいて座の方角にあります。このように、太陽は１年をかけて星座の中を西から東に動いていくように見えるのです。
なお、ここでいう「西」「東」という方角は、地球の方角にあてはめたものです。星座を形づくっている恒星は、地球からはるか彼方にあるため、その位置関係は変わりません。そのため、ふたご座とおとめ座が夜空に見えたとき、必ず、ふたご座はおとめ座の西側（おとめ座はふたご座の東側）にあります。よって、太陽がふたご座の方向から黄道を通って、おとめ座の方向に移動することを、地球の方角にあてはめて「西から東へと動く」と表現するのです。

季節の代表的な星座の見えかた（時刻と方角）について、詳しく教えてください。

まず、日本が夏、冬である地球の位置を確認しましょう。これらがわかれば、公転の向きから春夏秋冬がわかりますね。
地球が地軸を中心に自転すると、日本にいる観測者は、下図の太線を通ることになります。このとき、光が当たっている部分を通過するときが昼なので、昼の長さが長ければ夏、短ければ冬と判断することができますね。つまり、北半球では、地軸が太陽の側に傾いているときが夏、地軸が太陽と反対側に傾いているときが冬、となります。

次に、地球が自転していく中での、方角と時間（夕方、真夜中、明け方）の考えかたをしっかり理解しましょう。
下図のように、太陽の光の当たりかたと地球の自転の方向から判断すると、
「明→暗」となる地点が夕方
「暗→明」となる地点が明け方
太陽と正反対にきた地点が真夜中
になります。
さらに、それぞれの地点で、北極方向を北と考えると、その反対側が南、そして東西もわかりますね。また、夕方は太陽が見える方向が西、明け方なら東と考えてもよいですよ。

さて、ある季節のある時刻、ある方角に見える星座は、以下の手順で求めることができます。

➀その季節の地球の位置を見つける。

➁明け方・夕方・真夜中の位置をかき込む。

➂それぞれの位置での東西南北をかき込む。

夏の夕方、東の空に見える星座を求める次の問題を例に、それぞれの手順について詳しく見ていきましょう。下図を見ながら、読んでください。

➀その季節の地球の位置を見つける。
この図では地軸の傾きが示されていないのでわかりにくいのですが、１つ前の図を参考にすると、夏の地球は下図の地球Cですね。

➁明け方・夕方・真夜中の位置をかき込む。
太陽の位置から地球のどの部分が明け方・夕方・真夜中かを求めることができます。今回は、夕方に見える星座を求めるので、下図の地球Aの上側、Bの左側、Cの下側、Dの右側が観測者のいる地点になります。

➂それぞれの位置での東西南北をかき込む。
地球の中心にある北極の方角から、東西南北を求めることができます。このことを使って、観測者から見たときの、東西南北の位置をかき込みましょう。すると、夏の夕方の東の空は、図中右の方向になりますね。したがって、地球Aの右の方向にあるさそり座が答えになります。

また、地球の地軸の傾きが示されていない図でも、季節の代表的な星座を覚えておけば、地球の季節を判断することができます。各季節の代表的な星座は下表のとおりです。季節の代表的な星座は、各季節の真夜中に南中する星座であることも覚えておきましょう。

季節の星座

春	夏	秋	冬
おとめ座 しし座	いて座 さそり座	うお座 ペガスス座	ふたご座 オリオン座

月の見えかたについて、詳しく教えてください。

月は太陽の光で照らされることによって光って見えるので、太陽に面している部分は明るく、太陽と反対側の部分は暗くなっています。月は地球のまわりを公転しているので、下図のように、どの位置にあっても、地球に対する太陽の光の当たりかたと同じになります。

下図の夕方の位置で、透明半球をあてはめ、矢印の方向を見てみましょう。

「キ」の方向なら、観測者には右側が見える三日月が南西の空に見え、「ク」の方向なら、右半分が見える上弦の月が南中していて、「ア」の方向なら、左側が少し欠けた月が南東の空に見えます。これらの月は、どれも、西の空への地平線へ沈む方向へ動いていきます。真夜中や明け方の月の見えかたについても、同じように考えてみましょう。

月が地球に対して常に同じ面を向けており，地球からは月の裏 側を見ることができないのはなぜ？

その理由は「月の自転周期と月の公転周期がほぼ同じだから。」です。この特徴はしっかり覚えておきましょう。

月の自転周期は約27.3 日、公転周期も約27.3日で，自転周期と公転周期は同じです。
つまり下の図のように、月が① → ② → ③ → ④ → ①と地球の周りを1 回まわる（公転する）間に，月自身も１回転しています（自転しています）。そして，この公転と自転は同じ向きとなっています。

①から②への動きを考えてみましょう。もし月が公転だけをしていると考えるならば、公転軌道上を１／４回転分動くと，①の赤い点は②の青い点に相当する位置に動くはずです。
しかし実際には公転と同時に自転をしているために、公転軌道上を１／４回転分していると同時に、１／４回転分自転もしています。そのため①の赤い点は②でも赤い点の位置、つまり地球に正面を向けたままなのです。
これは，ボールなどに点をかいて，実際に下図と同じように動かしてみるとわかりやすいですよ。

金星の見えかたについて、詳しく教えてください。

下図は、太陽を中心として、金星の公転軌道と地球の公転軌道を、上（北極側）から見た図です。
これを使って、「太陽－金星－地球」の位置関係と見えかたについて説明します。
まず、金星のうち、太陽の光が当たっている部分だけが明るく輝いています。そして、①～⑩の各場所に金星があるとき、「金星の輝いている部分（図の金星が白い部分）が地球からどのように見えるか」というのが、金星の見えかたです。

金星の見えかたを考えるときは、まず、地球の自転方向と、地球への太陽の光の当たりかたから、下図のように、地球上の明け方、真夜中、夕方の位置を判断できるようにし、その位置での天球を考えます。

たとえば、明け方の位置で天球を考えると、⑦～⑩の金星を見ることができ、いずれも東の地平線の近くに見えることがわかりますね。そして、左側が光った金星が見えていて、地球から金星の公転軌道に引いた接線の方向に金星がある場合（⑧）、ちょうど左半分が光った金星が見えます。また、地球と金星の距離が離れるほど、金星の光っている面が地球に向くようになるので、満月に近い形になっていきます（⑨～⑩）。そのとき、地球との距離が遠くなる分、金星は小さく見えます。
同じように、夕方の位置での天球を考えると、西の地平線の近くに見える金星（②～⑤）は、右側が光って見えることがわかります。そして、④の位置では、ちょうど右半分だけが光る金星が観察できますね。
また、①と⑥の位置では、金星は太陽と重なっているため見ることはできませんし、真夜中には①～⑩のどの位置の金星も見えないことがわかります。

最初の図では、⑤、⑧、⑩の金星の見えかただけをかきましたが、残りの金星の見えかたもまとめて表にすると、下のようになります。それぞれの位置にある金星の見えかたを、きちんと図から読み取れるかどうか、確認してみるとよいですよ。

日本付近での明けの明星とよいの明星の見えかた

◆②～⑤

見えるころ	夕方
見える方角	西の空
満ち欠けや大きさの 変化の様子

◆①・⑥
太陽と同じ方向にあるので見えない

◆⑦～⑩

見えるころ	明け方
見える方角	東の空
満ち欠けや大きさの 変化の様子