宮城教育大学 環境教育研究紀要

第 13 巻 (2011)

児童生徒による光害調査データ精度向上の方策に関する検討
1. 個々の児童生徒の光害測定誤差を最小限に抑えるための条件
長島康雄 *・高田淑子 **Study on Measures to improve Data Accuracy by Students in Light Pollution Survey
1. Conditions to minimize Light Pollution Measurement Errors of Students
Yasuo NAGASHIMA and Toshiko TAKATA
要旨 : 光害教材は容易に取り組めるものの児童生徒による肉眼による測定であるため測定値にばらつきがみられるという欠点がある。それを改善するために、測定値のばらつきの原因を検討し、その改善策を提案した。月齢や天気の影響、光害を判定するための最適な星座、大気による減光率といった内容である。光害測定の前提条件を整えることが光害教材を環境教育教材として一層の普及につなげることができることを指摘した。
キーワード :

光害調査の誤差、月齢の影響、光害への天候の影響、等級順位曲線また、これまでの事例研究から天候や月齢によって1. はじめに筆者らは、小中学生が夜空の明るさ調査を行い、そは近接する地点であっても測定値の異なる場合があるの結果をまとめて「仙台市夜空環境マップ」を作成し、こともわかっている。以上のような課題を解決するた環境評価を行うという学習プログラムの開発を行っ

めには、児童生徒の 1 つ 1 つの光害データの精度を高てきた（長島・成田，2002; 長島ほか，2003）。光害めるための条件を検討する必要がある。

は飲料水用の紙容器を加工した測定具で視野を統一

本稿では上記の課題を解決するための打開策につし、その視野内の天体数を肉眼によってカウントし判いて報告する。なお本研究を進めるにあたり平成 21定する。この方法で光害の程度を容易に測定させるこ

年 度 文 科 省 科 学 研 究 助 成 金 奨 励 研 究 費（ 課 題 番 号とができることを明らかにした。また児童生徒が夜空21908021）を用いた。の観察を通して作成した「夜空環境マップの読図」に
よって自らが住む地域の環境についての理解を深める

2. 光害の測定データのばらつきの原因といった教育的効果があることについて言及してきた

これまでの取り組みから明らかになった光害測定に（長島ほか，2004）。しかし光害調査活動を環境教育教よるデータのばらつきを生じさせる原因を図 1 は模式材（仙台市天文台，2001，2006）の 1 つとして普及さ的に表している。5 つの原因が想定できる。光害を測せていくためには、いくつか解決しなければならない

定するにあたり、どの天体を対象にすれば良いのか、点がある。

日々変化する月の形、月齢をどのように考えるか、観それは肉眼による光害測定は容易に取り組める利点

測値の天気によって光害の測定値はどう影響されるを持つ一方、児童生徒の個人差が大きく、データの信か、大気の減光率をどのように評価すればよいのかと頼性をどのように確保するのかについての方策が十分いった点である。特に、どの天体を視野に入れるべきに確立していない点である。

なのかについて、これまでは教育課程上の順序から、*

宮城教育大学環境教育実践研究センター客員研究員 ( 仙台市科学館 ), ** 宮城教育大学教育学部理科教育講座－ 57 －

児童生徒による光害調査データ精度向上の方策に関する検討

図１.

光害測定データのばらつきの要因

便宜的に冬の星座を対象にしてきたが、それが最適でとした。月齢の影響の評価を 4 月に実施し、実際の光あるのかどうかについて検討を加えてはこなかった。

害測定は 5 月から開始した。なお後述する月齢との関

光害の測定値の精度を上げるためには避けて通ること連をふまえて調査期日を設定した。
継続光害測定地点は地点Ａ（仙台市泉区塩ノ沢）で行っのできない課題である。今回の研究を通していくつかた。測定地点から東方が仙台市中心地に相当する。月齢提案したい。
残念ながら未だに解決できない光害測定値のばらつの影響、光害の判定、天気の判定等は地点Ａで行った。

きを引きおこす大きな要因は、視力や見え方の程度を光害の方位の影響を検討するために地点Ｂ（仙台市判定する個人差である。視力の違いを含めて検討中で青葉区・旧天文台跡地）、地点Ｃ（仙台市宮城野区井あるが、打開策を見出すには到っていない。

土浜）で、補助的に光害測定を行った。地点Ｂは、ほぼ仙台市中心市街地、地点Ｃが西方に仙台市の商業中

3. 研究方法(1) 光害の測定方法
肉眼による光害の測定は、長島・渡辺 (2003) で考案した紙容器を加工したものを用いた。原理は飲料用の紙容器の長さを調節することで視野を統一し、その視野内に見える天体の個数から確認できる限界等級を判定するという方法である。
図 2 はその原理を模式的に示したものである。上図が紙容器の長さが長い場合、下図が短い場合である。
紙容器の長さが長いほど視野が制限を受けて狭くなっていることがわかる。視野と紙容器の長さの関係は三角関数を用いて簡単に計算することができる ( 長島・渡辺 2003，長島・佐々木ほか，2003)。

(2) 調査期間と調査地点
図２.

平成 21 年 4 月 1 日から 11 月 31 日までを調査期間－ 58 －

紙容器の長さと視野の関係宮城教育大学 環境教育研究紀要

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心地があるという位置関係になっている。図 3 が測定「最適」とは天頂方向を見あげて雲がない状態、天地点を示している。

球の 8 割に雲がない状態とした。これは天気予報「快晴」に相当するものである。
「適」とは雲がある（雲がおおう割合が４割未満）ものの、光害の測定ができる状態とした。
「不適」とは雲が４割以上ある状態、あるいは雨などで光害の測定ができない状態とした。
この 3 段階の判定を行った。

(4) 光害を測定する上での対象となる天体
児童生徒による肉眼による光害の測定をする上で、いつ、どの天体を対象にするかは重要である。同じ対象を観測するのでなければ、得られた結果を正しく解
図３.

釈することができなくなってしまうからである。その調査地点ために光害を判定するための天体は間違いなく特定できるものでなければならない。

(3) 月齢と天気の影響
月の光は夜空の観測を進める上で、最も影響を与え具体的には肉眼で判定することから星座が対象となている要素である。光害の影響のどんなに小さな自然る。2 つの視点から検討した。1 つは児童生徒が判別環境の豊かな場所であっても、満月に近い月が出ていできる星座は、どの星座かを明らかにするということれば、ほとんどの天体を観測することはできない。そである。加茂中学校の選択理科を受講した生徒に星座の意味で月齢は光害の観測をする上で、大きな制限要の見つけ方の指導を行った後、実際に自力で見つける因となっている。従って月齢をふまえた観測日の設定ことができたかどうかをアンケートで答えてもらっが必要になる。

た。その結果から、実際に光害測定が可能な星座かど児童生徒が教育上問題のない範囲で光害を測定するうかを検討した。

ために想定した時間を夜間の 9 時から 12 時とした。

もう 1 つは、光害測定を行う際の星座を構成する恒その間の月の状態を最適、適、不適の 3 つに区分した。

星の等級の特徴について星座毎に等級順位曲線を描い「最適」とは上述した時間帯に月が全く出ていない状て検討した。等級順位曲線とは、最も見つけやすい明態、つまり月の影響が全くない場合をいう。「適」とるい等級値の小さい恒星を光害測定の枠の中心にして、は一部の時間帯に月が出ている、あるいは出ていても星図を用いて等級の小さいものから、つまり明るい天新月から間もなく月の影響が小さいと判定される場合体から暗い天体の順にならべた曲線である。等級順位である。「不適」とは月が光害の測定時に出ていて正曲線を描くと星座によってその曲線の形が異なるため、確に判定できない場合である。
「最適」「適」に該当す児童生徒にとって光害の判定に適した星座と、そうではる期日に光害測定を行った。

ない星座とを判別する材料を示すことができる。

3 段階に分けた月齢基準をもとにして、長期間にかけて実際にどのくらいの日数で光害測定が可能なのか(5) 大気による減光率を検討した。対象となるのは 5 月 1 日から 11 月 31 日

人里離れた山奥の地点であっても、大気による減光までの 7 ヵ月間 (219 日 ) のうち、上述した月齢区分を避けて通ることはできない。図 4 は大気の減光につの「最適」と「適」の 2 つである。

いて模式的に示している。地球上には大気があり、一対象となった日時に実際に夜空を見あげて測定が可定の厚さで地球全体をおおっている。宇宙から届く天能か否かを 3 段階に分けて判定した。こちらも「最適」

体の光は、この大気層を通過して観測者の目に届く。

「適」「不適」とした。

同じ観測地点であっても、また同じ天体であっても、－ 59 －

児童生徒による光害調査データ精度向上の方策に関する検討

その入射する角度によって光の届き方に違いが出てし4 月 2 日は、月齢 6.5 で 12 時過ぎに上弦の月が西まう。天頂方向からの光は大気層を最短の距離で通るの空に沈む。位置としては冬の星座のふたご座の位置ことになるが、地平線方向からの光は最も長い距離のである。月から天球上で近い位置にあるしし座は既に大気層を通過しなければならない。

見えにくくなっていた。4 月 3 日 ( 月齢 7.5) ならびに 4 日 ( 月齢 8.5) は、雲がかかっていて天体を見ることはできなかった。5 日から天候が回復し継続して光害測定を実施することができた。
5 日は月が天球上でしし座の位置と重なった。2 等星が、かろうじて確認できる程度であった。一方北の空のおおぐま座（光害測定器具の中に全体が入らないので、実際には北斗七星周辺に相当する。
）は、月の光の影響を受けにくかった。

図４．大気による減光の模式図

4 月 8 日 ( 月齢 12.5) から 9 日 ( 月齢 13.5) は、ほそこで既に明らかになっている大気の減光率を文献

ぼ満月に近い形状となり、北の空の北斗七星も見にくより援用して、光害の測定を行う上で意味のある天体くなった。位置はおとめ座の位置となり、春の星座全の高度と星座の関係を検討した。

般が確認しにくい夜空となった。グラフが示すように個々の星座に対して月の光は一様に影響を及ぼすので4. 結果と議論はなく、月に近い位置の星座ほど影響を受けることに(1) 月齢の影響の検討なる。

図 5 は、調査方法でのべた光害測定器具を用いて確

月齢 6.5 から 13.5 までの天体の見えにくさを考慮認できた天体の数の推移を示している。対象はうしかすると、光害測定のばらつきを最小限に抑えるためにい座、しし座、おとめ座、おおぐま座である。光害のは月のない夜空に行う必要があるといえる。

測定は平成 21 年 4 月 2 日から 9 日にかけて実施した。

上記の結果をふまえて 5 月 1 日から 11 月 31 日まで

月齢は 6.5 から 13.5 に推移した。当初はもっと長期の 7 ヵ月間 (219 日 ) のうち、月齢の影響を全く受け間にわたって連続的に月齢の影響を調べる予定であっない「最適」が 69 日、「適」が 45 日となった（表 1）。

たが、天候の影響で実現しなかった。グラフの中におおよその月の形を重ねた。

表１．月齢と光害測定実施日

合計 114 日の月齢条件「最適」「適」があったにも
図５．月齢と視野内の天体数（平成 21 年 4 月 2 日～ 9 日）

かかわらず、実際には 27 日しか光害測定が実施できなかった。特に梅雨の時期となる 6 月下旬から 7 月に－ 60 －

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かけては 1 日も行うことができなかった。天体現象は第 13 巻 (2011)

表２．中学生が識別できる星座 ( 春・夏 )天候の影響を大きく受けるため、光害測定活動も例外ではない。まとまって観測データを収集できたのは10 月だけであった。

(2) 加茂中学校の生徒によるアンケート調査結果
表 2、3 は仙台市立加茂中学校の選択理科を受講した 3 年生のアンケート結果を示している。春・夏については 3 年間分、秋・冬は 2 年間分である。
選択理科は、例年 15 ～ 25 人程度が前期、後期の 2回、年間で 50 人前後が受講する形となっている。平成 19 年度から 21 年度までの 3 年間、地学分野を中心テーマにして募集を行ってきた。具体的には、簡易望遠鏡の製作、月球儀ならびに火星儀の製作、天体観望の方法として天体望遠鏡の使い方、星座の見つけ方などを扱っている。
事前に星座の見つけ方を指導した後、実際に夜間に星座を観察させた。その際に「自信をもって確認できた」、「おそらく間違いないであろうと思う」、「見つけることができなかった」という 3 段階で判定をさせた。
なお秋の星座に夏の大三角を構成する星座が含まれているが、日没が早まるため秋にも十分に観察対象とすることができるために便宜的に加えてある。
理科を希望して受講している生徒であっても、実際に児童生徒が識別できる星座は決して多くはないこと、そして生徒にとって星座を見わけることが予想以上に難しいかをアンケート結果は示しているといえるであろう。
春・夏については、こと座、おおぐま座、はくちょう座、しし座までは全員が確認することができたが、おとめ座になると 19 年度で約 1 ～ 2 割の生徒が見つけられなくなっている。光害測定実施前にはていねいに見つけ方を説明しておく必要がある。
秋・冬については、オリオン座、おおいぬ座、カシオペヤ座、ふたご座、ペガスス座といったところが見つけやすい星座という結果となった。秋から日没が早まることから、夏の大三角を構成すること座、はくちょう座、わし座などは夏だけではなく秋にも観察対象とすることができることがわかった。

－ 61 －

表３．中学生が識別できる星座 ( 秋・冬 )児童生徒による光害調査データ精度向上の方策に関する検討(3) 星座を形づくる恒星の等級順位曲線に並べることができる。横軸に明るさの順位を、縦軸前述したように児童生徒が認識できる星座が決してに等級をとって曲線を描くと図 7 のようになる。明る多くはないことを考慮して、光害測定の精度を上げるさ順に並べたものであるから、視野の中に何個の天体ためには、より適した星座を検討する必要がある。そが確認できたかで、限界等級を読みとることができる。

こで前述した星座のうち、児童生徒が認識しやすい星

平成 21 年の場合は土星がしし座の中にあり、明るさ座の等級順位曲線を描いた。

は 0.4 等であったため、実際にはレグルスよりも明る

図 6 は、しし座のレグルスを視野の中心にした星図

い位置に等級順位曲線に土星を加える必要があった。

である。図中の数値は等級を示している。最も明るい土星に限らず、木星や火星が観察対象となる星座に近天体から暗い天体の順に視野に入る天体を並べると図い位置にあるときには留意する必要がある。

7 のような等級順位曲線を描くことができる。

惑星への配慮を怠らなければ、明るい星から順に数しし座を構成する恒星を明るいものから順に並べる

えていき、その個数から、視認できる限界等級を容易にと、レグルス (1.4 等 )、デネボラ (2.1 等 )、 アルギ

読みとることができる点が等級順位曲線の利点である。

エバ (2.3 等 )、ゾズマ (2.6 等 )、シェルダン (3.3 等 )、上述した加茂中学校の生徒が確認できた星座についアダフェラ (3.4 等 )、ラサルス (3.9 等 ) といった順て等級順位曲線を描いたところ次のような 3 型に分けることができた。
生徒が見つけやすい条件に明るい天体が星座の中にあることが必要であるが、1 ～ 2 個の一等星と暗い星で構成されるＬ字型、明るい星から暗い星までが連続している漸減型である。この２つに大きく分けることができた。漸減型のうち一等星のような明るい星を含むものを漸減型Ａと呼称し、暗い星が多いものを漸減型Ｂと呼称する。
光害の測定の精度を高めるためには漸減型Ａが望ましい。明るさの程度が連続していることから視認できる天体数をより細かく読みとることができるからである。図 8 は、代表的な星座の等級順位曲線を描いたも図６．しし座レグルスを中心にした星図のである。

(4) 大気による減光減光率については、天体写真を撮影する際に必要な数値であることから、天体写真の愛好家の要請により大筋で数値が求められている。東京三鷹にある国立天文台における実測値 ( 国立天文台，2009) や天文年鑑編集委員会 (2009) などに数値が紹介されている。ここでは後者の数値 ( 表 4) を示す。
天頂方向から来る光を基準にすると、同じ天体が、ほぼ地平線方向 (2° ) にある場合には等級で 3 等分まで減光されてしまうことを意味している。地平線附
近では 2 等星ですら視認することができないのであ図７．しし座を視野に入れた等級順位曲線

る。このことは同じ星座であっても、地表からある程－ 62 －

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図８．代表的な星座における等級順位曲線－ 63 －

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児童生徒による光害調査データ精度向上の方策に関する検討

表４．大気による減光量が夜空を照らしているため、もしその数値を調査地 Cの光害測定値としてしまえば、大幅に誤差が生じることになる。つまり図 9 のような天頂方向の範囲の測定値をその地点における代表値としなければならないということである。

度の同じ高度になければ比較することができないことを意味する。光害の測定データのばらつきを押さえるためには、観測をする際の星座の位置も予め検討しておく必要がある。
観測地の緯度によって、視認できる星座の高度が異図９．光害測定の最適な高度なってしまうため、大気による減光量について仙台市を例にして考えてみたい。表 4 の数値から 40 ゜まで許容するという前提で議論する。

また光害測定対象の星座を選定する際にも注意が必要である。夏の代表的な星座としてさそり座を対象に

8 月 23 日と 24 日の両日にわたって調査地 B・C でしたいところではあるが、図 10 が示すようにさそり光害測定を行った。調査地 B は旧仙台市天文台跡地に座は仙台では南中した際に一部が 30°を越えるもの隣接する公園で、調査地 C は防潮林に隣接する農道脇の、大半は 40 ゜以下である。

で測定した。

つまり光害の測定対象には用いることができない。

調査地 B では直ぐ近くにマンション等が隣接して大気の減光による補正を 1 つ 1 つの天体に対して行う

いるため高度 40°では測定が難しい。仮に視野に建ことも可能であるが、測定値そのものを操作すること物が入らない場合であっても外階段の街灯の光が直接になり、あまりお勧めすることはできない。

的に紙容器の筒の中に差し込んでくるからである。夜空の明るさを測定するためには高度 60°以上が必要

5. 個々の児童生徒の光害測定誤差を最小限に抑えるための条件であった。つまり天頂附近に観察対象の天体がくるような日時設定が必要になる。

光害測定を始めた当初は、毎日の観測で相当に忙し調査地 C では北西方向が仙台中心商業地域に相当くなることを予想していたが、実際には 7 ヵ月のうちする。そのため北西方向の 40°以下は地上からの光で、わずか 27 日しか光害を測定することはできなかっ図 10．さそり座の天球上の動き（背景グリッドは高度 10°毎。Astro arts 社ステラナビゲータ 7 で描画）

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た。その理由は天候である。雨は降らなくとも雲が空

こういった光害測定の前提条件を丁寧に確認した上をおおってしまえば光害測定を行うことはできない。

で、児童生徒向けの教材として用いることが光害の測児童生徒に課題として取り組ませる場合は、長期の天定精度を向上させることにつながる。

気予報を最大限に活用した上で、導入を進めなければならない。

引用文献

まず事前の準備として、

長島康雄・渡邊章，2003．小中学生のための天文教材（2）①測定方法について理解させる。

紙パックを用いた観測フレーム．天文教育，第 15 巻．

②児童生徒の自宅周辺を中心に光害の測定に適した

4 号．p47 － 52．

場所を確認させる。街灯があって光害測定の誤差の原因にならないように徹底させる。

長島康雄・千島拓朗・高田淑子，2004．学区域から仙台市全域に拡張した光害調査活動とそのスケール③保護者への協力を含め、安全面についても事前に十分に検討する。

アップが持つ環境教育的な意義．環境教育研究紀要，第 7 巻．P105 － 109．

その上で、実際の測定上の条件を整える。

長島康雄・成田忠雄，2002．インターネット GIS を用④月齢と光害測定予定日から割り出した測定対象となる星座を決定する。対象となる星座の近くに惑星がないかどうか、天文年鑑等を参考にする。

いた星空環境の教材化．日本環境教育学会第 13 大会要旨集 2F0915．
長島康雄・佐々木佳恵・高田淑子・松下真人・千島拓朗・⑤必要に応じて天文シミュレーションソフトを活用

斎籐正晴・三浦高明，2003．中学生が実施した光する。市販されたものはもちろん国立天文台が提供し害調査活動による環境評価活動とその教育的意義．ているソフトウエア ( 無料、インターネットからダウ

環境教育研究紀要，第 6 巻．P55 － 63．

ンロード可 ) は、この目的のために力を発揮してくれる。

天文年鑑編集委員会，2009．天文年鑑．2010 年版．
343pp．誠文堂新光社．

⑥光害の測定時の「雲量」について、確認させる。
雲の有無も光害の測定値に影響を及ぼすので注意をうながす。

－ 65 －

国立天文台，2009．理科年表．平成 22 年版．1064pp．
丸善．