宮城教育大学環境教育研究紀要

第７巻 (2004)

夜空メーターの製作と星空環境の測定
伊藤芳春＊・高田淑子＊＊
Environmental Measurement of Light Pollution by Dark Sky Meter
Yoshiharu ITO and Toshiko TAKATA
要

旨：夏と冬に環境省主催のスターウオッチングが行われている。星空に親しみを持たせるとともに、光害や大気環境に関心を持たせることをねらいとしている。これまで肉眼による星の観察と写真撮影が実施されてきたが、本研究では安価で簡単に製作できる光害測定装置を製作した。この測定装置により夜空の明るさを客観的に測定することができると同時に実感を伴った測定をすることができ、光害や宇宙に関心を持つことが期待できる。
キーワード 星空環境教育、光害、学校教育、クラブ活動、電子工作

例し、明るさは電圧に対し対数的に変化する。このた

１．はじめに多くの人々は夜空が暗いことは当然のことであり、め僅かな電圧変化に対して明るさが大きく変化するたまた近年生活の便利さとともに星が見えにくくなった

め、明るさの測定については発光ダイオードを流れるという印象を持っている人が多いと思われる。しかし、電流を測定する。

夜空が暗いということは、オルバースのパラドックス

はじめに製作した測定機は、光学系と発光ダイオーとして指摘されているように現代の宇宙論にも関わるドに電流を供給する電源ボックス、電流を測定するような深い意味を持っている。人類は宇宙を見ることメーターの三つからなっている。図１のように原理により、知識と潤いを得てきた。星空環境の悪化は新は測定したい夜空の方向に筒を向け、夜空の明るさとしい知識を得る道を閉ざし、自然との心地よいふれ合発光ダイオードの明るさが等しくなるように発光ダイいが失われることになる。

オードを流れる電流を調節するものである。このときこれまで星空環境の観察には肉眼による星空の観察流れた電流の値を夜空の明るさとするものである。図や写真撮影が行われ実績を上げてきた。中学生や高校２のような簡単な回路であるため製作は容易である。

生の星空環境測定用に夜空メーターを製作した。星空

夜空を覗く筒の部分には、明るさを変える発光ダイが見えなくなってきた原因は、大気の透明度と背景のオードの他、緑色フィルターと天頂プリズムが組み込明るさの問題であり、今回製作した夜空メーターは背まれている。緑色フィルターは、緑色の発光ダイオー景の明るさを測定する装置である。

２．夜空メーター１号機の製作
夜空メーターの原理は測定したい夜空に対して発光ダイオードの明るさを変化させて夜空と発光ダイオードが同じ明るさになったとき発光ダイオードを流れる電流の値を読み、夜空の明るさとする方法である。

左より夜空、発光ダイオード、フィルター、天頂プリズム、目発光ダイオードの特性として、明るさは電流に比＊鶯沢工業高等学校，＊＊宮城教育大学理科教育講座－92 －図１．夜空メーターによる測定方法

夜空メーターの製作と星空環境の測定

S1

R1

R3TR

R2DS2BTDMM

ＴＲ：トランジスタ 2SC1815
Ｒ１：150 ｋΩ
Ｒ２：100 ｋΩ多回転ポテンショメーター
Ｒ３：1.2 ｋΩ
Ｓ１：主スイッチ
Ｓ２：点滅用押しボタンスイッチ
Ｄ：緑色発光ダイオード
ＢＴ：９Ｖ電池ＤＭＭ：デジタルマルチメーター

図３．夜空メーター１号機（左より、デジタルマルチメーター、電源ボックス、光学系）

メーター（図３）
デジタルマルチメーター

図２．夜空メーター１号機の電子回路マイクロアンペアまで測定できるもの。
この夜空メーターで測定した結果を表１と図４に示ドと色の違いによる明るさの誤差を最小にするためにす。夕方に夜空メーターを真上に向け、時間とともに使用する。使用した PO1 フィルターは薄い緑色のフィ明るさが変化するようすを測定した。観測地は仙台市ルターであるが短波長側も長波長側も両方カットする青葉区上杉である。手持ちの部品と入手しやすい電子優れた特性を持ったフィルターである。天頂プリズム部品で作ったが、測定機の製作、夜空の測定、デーは夜空を覗きやすくするために使う。筒には輪転機のタ処理、全国の仲間との比較という点で高等学校のク原紙の芯に使われた紙筒を使用した。視野は約７度でラブ活動や環境教育に有効なものであることが分かっある。実際の観察には、電源ボックスの中央にある多た。

回転ポテンショメーターで明るさを調整し、押しボタ

夜空メーター１号機は、回路が単純で製作しやすいンスイッチで発光ダイオードを点滅させ夜空と比較すというメリットがあるが、測定を繰り返すうちに、いる。

くつか改良したい点が出てきた。

光学系（図３）

１．コントローラー部とマルチメーター部の一体化

緑色フィルター：ケンコー PO1 フィルター

２．黄色のフィルターと発光ダイオード

発光ダイオード：直径５mm 緑色発光ダイオード

３．ダイオードの直径を５mm から 10mm の大きさに

電源ボックス（図３）
１個のトランジスタで電流の増減により発光ダイオードの明るさを変えるもの。

４．多回転ポテンショメーターを普通のボリュームにコントローラー部とマルチメーター部が分かれている
ため夜間の観察では更に記録用紙や懐中電灯が必要と－93 －宮城教育大学環境教育研究紀要

表１．夜空メーター１号機による天頂の明るさの測定（2004 年３月 13 日、仙台市青葉区上杉）

時刻

電流(μA)

17:44
17:52
18:00
18:10
18:20
18:30
18:40
18:50
19:00
19:10
19:2019:30
19:4019:50
20:00

1866
15904611073424241415171614111312

第７巻 (2004)

り回路全体で精密に電流を変えることができるが、実際に有効に使えるのは１回転程度である。

３．夜空メーター２号機の製作
２号機では、前記の改良をおこなって製作した（図５～７）。トランジスタと抵抗が増えたが、製作はそれほど難しくはない。Ｒ１とＲ４の多回転半固定抵抗により電流の最小値と最大値が設定できるという優れた点がある。部品も電子部品店や通信販売で入手しやすいものばかりで、高価なデジタルマルチメーターと多回転ポテンショメーターを使わない分安価になった。Ｒ６を流れる電流から、Ｒ６の両端にかかる電圧はオームの法則により、１μ A のとき１m V となる。
このためＲ６の抵抗には精度の高い１％級を使う。
最近になり、液晶デジタルメーターの完成品が販売された。発光ダイオードを使用した７セグメント型のためメーターの照明が要らず、しかも価格も半額程度

2000

S１DM1800+1600

R5R6電流μＡ

1400

１９９.９ mV-1200

R1DR2S2S１1000
800
600

TR1BT2TR2400
BT1200017:30 18:00 18:30 19:00 19:30 20:00

R3R4R7時刻

図４．時刻と空の明るさなり作業しにくい。フィルターは人間の目に近い P O1
フィルターが適しているが、現在は販売されていない。そこで現在でも入手可能な黄色のフィルターを用いることにし、発光ダイオードを黄色にした。暗い場
合直径 5mm の発光ダイオードでは小さすぎて比較しにくかったので 10mm にした。
この装置の中では、デジタルマルチメーターと多回転ポテンショメーターは高価である。多回転ポテン
ショメーターは 10 回転することにより抵抗値が変わ－94 －ＴＲ１、ＴＲ：トランジスタ 2SC1815
Ｒ１：20 ｋΩ
Ｒ２：10 ｋΩ
Ｒ３：50 ｋΩボリューム
Ｒ４：20 ｋΩＲ５：100 ｋΩＲ６：1.00 ｋΩ 1％級
Ｒ７：100 ｋΩ
Ｓ１：主スイッチ（２連スイッチ）
Ｓ２：点滅用押しボタンスイッチ
Ｄ：黄色発光ダイオード
ＢＴ１、ＢＴ２：９Ｖ電池
ＤＭ：デジタルメーター Max199.9mV

図５．夜空メーター２号機の回路（改良した回路）

夜空メーターの製作と星空環境の測定

表２．夜空の明るさの測定結果

星の名前
ミザール
ベガ
アークトウールス
デネブ
天頂
アルタイル
北極星
アンタレス
北 高度 10 度
西 高度 10 度
南 高度 10 度

測定値 mV
18.0
19.9
20.0
20.7
21.0
23.8
25.1
27.5
36.5
44.6
46.6

2004 年 8 月 13 日 20 時 15 分
仙台市青葉区上杉ある。例えば渡辺教具社の星座早見盤には方位、高度の線を入れたものがあるのでこれを使用すれば、星座早見盤の観測日時を合わせ観測地の経度補正をした
図６．夜空メーター２号機

後、高度、方位線により測定した１等星の方位・高度を簡単に読みとることができる。
2004 年 8 月 13 日の測定結果を表２に示す。
図８の夜空の明るさは、測定した時刻から１等星の方位、高度を表計算ソフトで計算しグラフ化したものである。外側の円が地平線を表し、次の円が 30 度、60 度を表し、中心が天頂である。
この結果から測定には最大 200mV で十分であることが分かり、今回製作した夜空メーターで十分実用になることが分かった。

図７．夜空メーター２号機改良型

４．終わりに今回製作した夜空メーターは製作が容易で夜空の測である。早速使用してみたところ精度 0.5％まであり定に十分な精度のあることがわかった。夜空を電気的十分使えることが分かった。また、部品の取り付けもに精密に測定するには高感度な受光部を作らなければ容易にできるようにアクリル板にドリルでネジ穴を開ならず製作も容易ではない。夜空の明るさと発光ダイけるだけで取り付けられるようにした。

オードを目で比較することで装置の製作は容易になり、また夜空を注視することにより実感を伴った測定

方位・高度の計算ができるというメリットがある。

地上付近の方位、高度は分かるが、高度が高くなる

今後は統一した規格の下で夜空メーターを複数台用と方位、高度ともに分かりにくいので、星座早見を利意し、都市部と郊外を同時に測定し大気環境の違いを用した方法を示す。夜空メーターの視野は約７度と広測定したい。

いので星座早見盤を用いた方位、高度で精度は十分で－95 －宮城教育大学環境教育研究紀要

第７巻 (2004)

参考文献

北Gote Flodqvist：Pitch-Black Meter, February
2001,Sky&Telescope

ホームページ
Avery Davis:Light Pollution Meter Information

東西

Page by Avery Davis
http://avery.home.mindspring.com/LPmeter.htm

南40mV 以上
30～39mV
20～29mV
20mV 未満図８．夜空の明るさの測定結果

Abstract : Programs of star watching are held in summer and winter, sponsored by Ministry of Environment.
It aims for children to be familiar with the starry sky and to have attentions to a light pollution and an
atmospheric environment. It has been conducted by observations by naked-eyes or by taking pictures of nightsky up to know. In order to measure it quantitatively, we have developed a light pollution measurement device. It
can be easily produced at a low price. The brightness of the night sky can be measured objectivity at the sametime as children's watching stars.

－96 －