市民科学のための天文学
大西浩次（長野工業高等専門学校）

ohnishi@ nagano-nct.ac.jp

Astronomy for Scientific Literacy of Public
Kouji Ohnishi (Nagano National College of Technology)

天文学が対象とする天体現象には、物理などの分野の対象に比べると、いくつかの大きな「特異性」がある。1 つに「博物学的な要素」を強く持っていることであり、かつ、「物理的な要素」（論理的な展開が可能な題材）も持っていることである。この両者の兼ね合いを旨く考慮すると、生徒・児童向けの教育教材から、児童から大人に至る幅広い人々への科学への導入（身近な科学）、さらには、科学に（少しばかり）興味を持っている人々への科学研究の手法を学ぶ教材（科学的思考法）、さらには、研究志向のある人々への科学研究への導入に至るまで、幅広い対象への教材開発が可能になる。また、これらの「特異性」をうまくいかした大規模の観測（観察）会や解析プログラムの企画を行うと、児童・生徒らに向けた「教科教育」・「科学教育」だけでなく、多くの市民（全体）の科学リテラシーを向上させるような「科学教育」（自然科学への興味関心を高めることと同時に科学的思考法を定着される）や、実際の科学研究へ展開ができる可能性がある。

１．はじめに人類の好奇心は、物質の本質が何かを追求し、物質の起源（素粒子や質量の起源）にまで及ぼうとしている。この究 極的な探究の成果の 1 つが、昨年のＬＨＣ(The Large Hadron Collider) 1 でのヒッグス粒子（Higgs boson）の発見 2であり、それに伴うノーベル物理学賞の受賞 3になるだろう。しかし、このようなすばらしい成果を生み出した実験装置は高価を極め、次期の日本に誘致を計画している究極的装置ILC(International Linear Collider) 4では、国家予算規模の実験装置となっており、事実上、純粋な好奇心の追求だけとは言えない状態になっている。このような状態で、最先端の物理や化学などの科学を身近に感じることが難しくなってきている。さらに、一般市民の活動が、学校教育の範囲で機能したとしても、市民の研究的な活動が、物理や化学の最先端研究にインパクトを与えることはまず考えられない。その意味で、物理教育はあっても、物理学研究は非常に遠い世界にある。
一方、天文学は、人類最初の科学であり、その成り立ちや体系も物理などとは大きく異なる「特異性」を持っている。その 1 つが、天文学の研究対象となる天体現象には、「星の数」ほどの観測対象が在ることによる「博物学的要素」を強く持ち、科学を身近に感じる 5 と同時に、対象の普遍的な性質を見極めるための観察などにも好都合な「物理学的要素」の強い対象でもあることである。

1

LHC http://home.web.cern.ch/topics/large-hadron-collider
Higgs boson http://home.web.cern.ch/topics/higgs-boson
P.W. Higgs, “Broken Symmetries and the Mass of the Gauge Bosons”, Phys. Rev. Lett.13,508 (1964).
CMS Collaboration “Search for the standard model Higgs boson produced in association with a W or a Z
boson and decaying to bottom quarks” Phys. Rev. D 89, 012003 (2014); doi:10.1103/PhysRevD.89.012003
3
http://www.nobelprize.org/nobel_prizes/physics/laureates/2013/advanced-physicsprize2013.pdf
4
http://www.linearcollider.org/cms/
https://aaa-sentan.org/ILC/
5
天文学の対象は、万人のもとに開かれていることも重要である。夜空を見上げると多数の星が見える。都会であっても、月や惑星は観察の対象であり、日中の太陽も身近な恒星として貴重な観測対象になっている。また、郊外に足を運べば、季節の星空とともに天の川や流れ星が観察できる。これらをもとに、私たちの世界（宇宙）の広がりや太陽系の生い立ちなどを語る題材も豊富である。また、時間、日、月、年が、地球の自転や公転、月の公転運動などをもとにしているな
ど、天体の運動が、私たちが日々生活しているリズムと非常に密接に関係している。そして、なんといっても地上から見上げる星空は美しく、多くの人々をひきつける魅力を持っている。
2

このような身近な世界であると同時に、博物的に多くの観測対象があるので、もし、希な天体現象を捉えると、市民の観測であっても、天文学の研究に大きなインパクトを与えるような発見や観測になる可能性があることである。このような希な現象としては、例えば、遠方より、GRB-Optical Flash 6 、超新星 7 、重力マイクロレンズ現象 8 、新星、彗星、木星面衝突閃光、月面衝突閃光 9 、突発流星群、流星雨、隕石落下現象 10 、大火球などであり、いずれもその後の天文学の進展に大きな影響を及ぼしている。
このような突発天体以外にも、繰り返しの無い天体現象や周期が通常スケールより非常に長い天体現象が多数存在する。この様な現象では、市民による観察が唯一の記録になる可能性もある。このように、天文学においては、研究者でなくとも非常に貴重な現象を捕らえるチャンスがあり、その結果が天文学の進展に寄与している。これが、他の分野との大きな違いの１つである。このような個人の観察とともに、市民による大規模な観察によって、プロの精密な観測と同等か、それを越える研究ができる場合がある（2 章で紹介）。このような、天体現象の豊かさに起因する広がりを、ここでは、天文学における“博物的な要素”と呼ぶことにする。
一方、天文学は、その現象の解釈のために、科学的な論理性を要求されるという意味で、“物理的な要素”を強く持った学問でもある。このため、この“物理的な要素”を強調した教材を作ろうと考えた場合、その対象や題材も非常に多様にわたるであろう。3 章では、位置天文学を題材に、地球の自転や公転を理解する教材として紹介し、科学教育の論理的な面を展開する良い教材の一例を示そう。
さらに、天文学は、他の分野に比べて、論文のアーカイブ 11 や観測データのアーカイブ 12 が非常に進んでいることも大きな特徴である。天文学の主要な論文は、数年経てば、ほとんどアーカイブされているとともに、最新論文も多くはプレプリントで読むことができる。さらに、すばる望遠鏡をはじめ世界の主要な天文台の観測デー
タや、天体観測人工衛星の観測データは、1-2 年後には必ず公開される仕組みになっている 13。すなわち、天文学では、（もともと研究者向けであったにしても）、市民に新旧の科学論文が公開されているだけでなく、これらに使った観測データの再解析も可能な状態で公開されている。このような状況をうまく使うと、他の分野ではできない科学成果の再確認をおこない、科学論理の正当性を確認・理解するためのプログラムや、バーチャル天文台 (JVO=Japanese Virtual Observatory)で実際に「観測」して科学研究を行うようなプログラムを製作する可能性がある。さらに、デジタルカメラの普及に伴い、カメラを持っている人々が、突発天体現象を偶然捉える機会が増えている。また、このカメラを使うことで、ある天体現象の長期間モニター観測などが可能になってきてきている。著者が以前から主張していることであるが、デジタルカメラによって、撮影者自らデータを解析してまとめて行くという科学的なプロセスを行ってみたいと考えている人は、潜在的に多いと考える。そこで、Paof
ｉｔｓＷＧとしては、自分のデータをもとに研究してみたい人やその予備群の人々を対象とした、教科書を製作することが望まれていると考える。
2 章以降で、1，2 つの具体的な例でこれらを説明するが、天文学は“博物的な要素”と“物理的な要素”を同時に持ち合わせているために、（1）市民にとって身近な科学である、（2）科学的思考（科学リテラシーの向上）のきっかけを作るような体験を作る、（3）市民等による研究体験によって、研究現場と市民を繋ぐような体験を行う、というその教育展開が期待される。

6

ガンマー線バースト光学閃光＝宇宙初期の大質量星の超新星的爆発に伴う光学閃光現象で、これまで、最大光度で 5.8 等星(GRB 080319B)、9 等星(GRB990123)、11 等星(GRB 030329)という例がある。GRB030329 では、日本のアマチュアの観測者が星野写真で捕らえた（大西、ほか、2003、ApJ, 597,pp. L101-L105（2003））
7
プロの探査と共にアマチュアによる超新星探査が盛んである。板垣公一は、M82 に出現した Type Ia 超新星(SN2014J)の爆発直後の観測で貴重なデータを提供している。
8
重力マイクロレンズ現象は、星の重力によるレンズ効果で背景光源が増光する現象。現在、日本とニュージーランド共同研究 MOA やポーランド・アメリカの OGLE による銀河系バルジ方向の探査が進められている。一方で、2007 年、日本のアマチュアによって偶然捉えたれた現象（多湖事象）は、近傍マイクロレンズ現象として非常に貴重な発見であった（大西、2007、ほか、ApJ, 670, pp. 423-427(2007)）
9“The first confirmed Perseid lunar impact flash”, Icarus, 182 p. 489-495(2006)
102013 年チェリャビンスク州の隕石落下などが挙げられる。
11
例えば、SAO/ NASA 天体物理学データシステム（ADS）は、天文学と物理学の研究者のための電子図書館であり、天文学と天体物理学、物理学、arXiv のプレプリントから千万件以上の論文を網羅するデータベースである。
http://ads.nao.ac.jp/abstract_service.html
12例えば、SMOKA は、すばる望遠鏡、岡山天体物理観測所 188cm 望遠鏡、東京大学木曽観測所 105cm シュミット望遠鏡、MITSuME、東広島天文台かなた望遠鏡の公開データを提供するデータベースである。
http://smoka.nao.ac.jp/index.ja.jsp
13
JVO(Japanese Virtual Observatory, NAOJ) https://jvo.nao.ac.jp/

2．大規模観察による市民による科学
ここでは、天文学の「博物学的要素」を生かして行った活動の成功例を紹介する。

2.1 2012 年の金環日食における限界線観測
2012年5月21日(月)早朝に起きた金環日食では、日本史上で最も多くの人々が観察した金環日食である。この日食では、九州南部から関東付近にかけた帯状の範囲（図1の北限界線と南限界線に挟まれた領域）で金環日食となった。これは、神戸・大阪・京都・名古屋・横浜・東京などの大都市を含み、日本の総人口のおよそ3分の2にあたる約8千3百万人もの人々が居ながらにして、金環日食を観察する機会となった。また、その他の地域でも太陽が大きく欠ける部分食が観察できた。

図1

2012年5月21日の金環日食の起きた領域

日食は顕著な天文現象であることから、大人の方はもちろん、児童や生徒達にとっては、その観察は理科学習への強い動機付けになり、宇宙における地球・月・太陽の位置や運動を実体験できるという非常に貴重な学習機会である。しかし、観察対象が極めて明るい太陽であること、また、日食が平日（月曜日）の始業前の時刻に起きることから、この日食観察の際には、安全性と計画性などさまざまな配慮が必要であった 14。このことより、日本天文協議会のワーキング・グループとして、2012年金環日食日本委員会を作り安全な観察法の推進を行った 15。
これらの一般普及活動と同時に、兵庫県（明石市）と福島県(郡山市)を結ぶ金環日食の境界線（北限界線）を決める教育的・科学的なプロジェクトを進めた。2012年5月21日の金環
日食の北限界線は九州、四国、近畿、中部、関東、東北の各地をとおり日本全国を縦断する(図1参照)。限界線については詳細な予測がなされているが、過去の金環日食において限界線付近での共同観測の例はあまり多くない。我々のグループでは今回の貴重な機会に、児童・生徒や市民の人々に、金環日食の限界線観測を呼びかける企画を行った 16。たとえば、精密な限界線の測定を行い、日本の月周回衛星「かぐや」による詳細な月地形データを用いて解析することで、太陽の大きさを決定しようとする科学的企画が進められた 17。ここでは、この限界線観測プロジェクトの成果の一部を報告する。
14

科学研究費・基盤研究(C)「児童・生徒一人一人が安全かつ主体的に日食を観測するための教材の開発とその評価」研究課題番号：23501085 代表者 大西浩次 http://kaken.nii.ac.jp/d/p/23501085.ja.html
152012 年金環日食日本委員会 HP
http://www.solar2012.jp/
16
金環日食限界線共同観測プロジェクト HP http://www.eclipse2012.jp/
17
金環日食限界線研究会チームＢ HP http://www.eclipse2012.jp/team-b/

図 2 明石市内を通過する 3 本の北限界線の予報線（左）とその予報線の“予報”の方法（右）この計画では、2つの企画が行われた。ひとつは、研究者や星食の観測者、ハイアマチュアや高校生や大学生の天文部が中心となったビデオ観測による太陽直径の精密観測である。
これは、日本の月周回衛星「かぐや」による詳細な月地形データをもとに、金環日食限界線の位置のデータに基づいたビデオによる詳細な限界線観測を行い、金環日食のパラメータを決定することで、太陽の物理パラメータを決める観測プロジェクトである。この観測では、ベイリービーズ の谷間からもれる太陽光の高精度測光（日食曲線）から、太陽の最縁部の周辺減光曲線が求まり、人工衛星の観測以上の正確な物理パラメータの決定に成功している。
この太陽の科学的計測企画と同時に、各地の市民に日食グラスで等倍での日食観測結果を報告してもらい、人間の肉眼分解能をもって観測した場合の限界線を決める観測を行った。
図 2 左は、明石市内を通過する 3 本の北限界線の予報線を現している。北側より、NASA の予報線、国立天文台歴計算室の予報線、相馬予報線と呼ぶことにする。これらの 3 本は、いずれも金環日食の予報であるが、NASA では、皆既日食の際に、月縁の谷間から太陽の光が見えないように、もっとも小さな半径の「月縁」を採 用しているのに対 し、国 立 天 文 台 歴 計 算 室 では、平 均 の「月 縁」を採 用している。一 方、相 馬 等（2012）は、月縁の山が太陽のリングを切らないように、もっとも大きな「月縁」を採用している。その結果として、北から南に、それぞれ 2km 程度の幅を持つ最大４km の北限界線の幅を作っている。なお、この予報位置は、太陽直径の不定性分だけ、それぞれ南北にずれることになる。ここでは、ＩＡＵでの値を使っているが、この観測時点での不定性は、SOHO などの太陽観測衛星で 100km 程度あり、地球上に投影された（北）限界線は、±300ｍ程度の不定性がある。ビデオ観測では、この（北）限界線の±300ｍ程度の不定性を測定することで、太陽の物理パラメータを決定することになる。
この定義からすれば、NASA の予報線より北では金環食にならず、必ず「切れたリング状」に見えるのに対して、相馬予報線より南では、最大食分のときには「完全なリング状」に見えるはずであり、NASA の予報線と相馬予報線の間では、最大食分でもリングの一部が切れている「ベイリービーズ状態」になっていると期待できる。
もし、この最大食分時に、日食めがねを使って肉眼でみると、どのように見えるのだろうか。肉眼の分解能は低いので、ベイリービーズ状態でもつながって見えるため、肉眼での北限界線は北に上がるという説と、「完全なリング状」になっても、細いリングは日食めがねでは切れて見えるので、北限界線は南に下がるという説があった。
そこで、日食めがねで見た限界線が、人間の目の分解能や認識能力に起因するため、どこが限界線になるかわからない。そこで全国の人々に呼びかけ、web を通じて「日食メガネを使ってリングになったかどうか」を報告してもらい、その結果から、「日食メガネの限界線」を調べる企画をおこなった。これは 2009 年の世界天文年で行った「めざせ 1000 万人！みんなで星をみよう」の経験をもとに、全国多くの関係者が集まり、明石地区、大阪地区、京都地区、滋賀地区、岐阜地区、長野（塩尻・上田）地区、郡山地区、南相馬地区などで、学校単位の観測会が実施され、全国 3 万人程度の観測データが集められた。ここに、長野地区の中での 1 例を紹介する。このデータは、塩尻市立丘中学校科学部の部員がまとめたデータである。

図 3 塩尻市立丘中学校科学部製作の限界線図 18（青丸は部分食、緑丸はベイリービーズ、黄丸はぎりぎりつながった、赤丸は金環食）

塩尻市立丘中学校科学部員は、生徒 500 人の観察データを限界線方向に 500ｍずつの間隔に区切り、その領域内での観察データの分布変化を調べたところ、領域 0－1 あたりが限界線となっていて、その不定性が±500ｍ程度と結論している。一方、北のラインは、相馬予報線であるが、これより 1km ほど南に寄っている。
しかし、北にプロットしてある相馬予報線は、高度 0ｍでの予報ある。ここで、塩尻市丘中学校付近の平均標
高 770ｍを補正すると、最大食分時の太陽高度が低いために、相馬予報線は 1km ほど南に下がり、丘中学校科学部員が結論した限界線とほぼ一致する。一方、ビデオ観測データの解析から、実際の相馬予報線が、初期の相馬予報線と大体一致していることが確かめられている。このことを総合すると、丘中学校 500 人の観察データは、太陽直径に相当して、100-200ｋｍの精度で太陽直径を求めたことと同等であり、これは、肉眼での観察で、最新の太陽観測衛星のデータと同等の高精度の測定ができたことを意味している。
現在、ビデオ解析による太陽物理パラメータの測定の最終まとめ中であり、「日食メガネの限界線」の最終報告はまだであるが、全国各地の観察会では、おのの 500m 程度の精度で、限界線が求まっている。一部の学校では、（この学校エリアは金環になりますという先生の言葉による）先入観や最大部分食の時間を間違えて観測した学校もあったようであるが、小学校低学年から中学生たちの幅広い児童・生徒たちの観測にもかかわらず、現在の最高データに匹敵する精度で太陽直径が測定できたことは興味深い。
この例で示しているように、天文学的な現象では、小学校の児童・生徒であっても、うまい観察企画を行うと、最新科学に寄与できる可能性がある。それと同時に、この観察に参加した数万もの児童・生徒たちが、金環日食の神秘的体験を行い、身の回りの自然に興味関心を抱くきっかけを作ったということが、今回の重要な成果である。また、これらの観測会に参加した教員、児童・生徒の保護者、多くの関係者が、金環日食を通して、共通の時間をすごしたことは、貴重な体験であったに違いない。

18

平井 萌奈（中 3）、髙橋 さくら、安藤 祥吾、八戸 一平（中 2）、中山 史織、今市 百音、名取 芽衣、酒井 愛里、柿元 拓実、竹田 智晃（中 1）（塩尻市立丘中学校・科学部）日本天文学会 2013 年春季年会第 15 回ジュニ
アセッション発表番号 35 番 ジュニアセッションＨＰ予稿より
http://ursa.phys.kyushu-u.ac.jp/jsession/

2.2 彗星観測キャンペーン
天体現象を使った天文学の普及や教育は、重要なテーマである。しかし、観測キャンペーンで、市民が報告したデータは、どのくらいの科学的意味があるのだろうか。この例として、昨年の彗星キャンペーンが挙げられる。
昨年は、春には、パンスターズ彗星(C/2011L4)が、初冬には、アイソン彗星(C/2012 S1)が、そうして年末にはラブジョイ彗星(C/2013 R1)が出現した。パンスターズ彗星は、地上での観測条件が悪く、多くの一般市民が 観察を楽しむような状況には成らなかったにも関わらず、日本天文協議会「パンスターズ彗星を見つけよう」実行委員会が行ったキャンペーン（2013 年 3-4 月）では、多くの市民から観測結果が報告された。この「パンスターズ彗星を見つけよう」キャンペーン WEB サイトに投稿された写真の測光精度を調べてみた。投稿写真は、画像処理など行われているために、単 1 枚では、精度がでないが、(1)報告数が多く、全国からの投稿で(2)欠測日が少ない、また、(3)測光に適した写真（彗星が小さく写っている）が多いなどのために、得られた光度曲線は、ICQ(International Comet Quarterly)の報告と大体一致することがわかった（大西 2013） 19 。このような天 体 現 象 では、一 般 市 民 の大 量 の写 真が研 究 用 のデータになりえる。実 際 に、パンスターズ彗 星(C/2011L4)の際には、Na テールの発生やＮＬＳ構造の研究に天文ファンからの写真が利用されている。また、ラブジョイ彗星(C/2013 R1)でも、プラズマテールのちぎれ現象（DE）やダストテールの構造などの形態学的観測が行われた。このような、市民からの大規模データを科学に活用する例を増やすと共に、 今後、これらの成果を（リアルタイムに）市民に還元する方法も検討し、大規模観察による科学教育プログラムの可能性を追求したい。

図 4 ラブジョイ彗星(C/2013 R1)のプラズマテールのちぎれ現象（DE） 2013 年 12 月 5 日（大西 2014） 20

2.3 大規模観察による科学教育プログラム
2012 年の金環日食のように、1 つの天体現象を、多くの児童・生徒、一般市民が同時に体験する大規模観察会を企画実施することで、科学的概念の普及や、児童・生徒が自ら参加したデータを解析したり、そのデータをもとにした教材を開発したりする活動を進めたり、また、実際の大規模観察データを使った科学研究などを行うなどという、新しいタイプの「科学教育プログラム」という分野を開拓したい 21。

19

大西浩次日本天文学会 2013 年秋季年会 Y07a http://www.asj.or.jp/nenkai/2013b/html/Y07a.html
大西浩次ほか日本天文学会 2014 年春季年会 L13b http://www.asj.or.jp/nenkai/2014a/html/L13b.html
21
この原型は、高校生天体観測ネットワークなどの活動で一部実現している。この活動の中でも 2001 年のしし座流星群観測会（対象：高校生）では、多くの生徒が流星観測に参加する機会を作ったという事実と同時に、全日本規模での観測会によって、流星物質の空間的・時間的分布のむらを捕らえることができたなど、科学的な成果も出ているという点で、エポックメーキングな活動であった。この活動が高校生天文部の活動の活性化を目指しているが、これをさらに児童生徒から市民レベルに拡張できると、新しい展開が生まれると期待される。
20

3．天文学における“物理的要素”

3.1 科学的手法の確認のためのプログラム
これまでの PAOfits 研究会で開発している教材が、天文学における「物理的要素」を使った児童・生徒向けの教材であり、まさに、科学的手法を伝えるためのプログラムの一つである。私は、これらの対象をより市民へ向けて広げることを提案したい。市民を対象とした場合、学校教育（教科教育）にはない難しさと自由度があり、その教材の題材もその教材の難易度も大きな幅を持つであろう。デジタルカメラが幅広く普及し、観測データや論文がアーカイブされている今、自らの目的を持って研究を行ったりするプログラムの開発が望まれる。

3.2 視点移動教材、天動説から地動説へ
以前、縣らの調査(2004)によれば、小学校 4 年生たちに、「太陽の周りを地球が回っている」か、「地球の周りを太陽が回っている」か、という質問したところ、約 60％近い生徒が、天動説的な「地球の周りを太陽が回っている」という解答をしたという 2223 。このことは、今日の理科教育の欠陥を示している 1 例であるが、一方で「太陽の周りを地球が回っている」と知っている大人たちのどのくらいの人々が、その理由を知っているか・体感があるかというと、その割合は遥かに少ないに違いない。
天動説を考えた半数近い生徒のうち、どのくらいの生徒が経験に基づいた推測をしたのだろうか。生徒たちが、もし、体験に基づいて、天動説的な考え方を推論しているとすれば、（生徒の年齢としては）十分に科学的な推論が出来ることを評価できる。一方、地動説の考え方は、通常の体験からは導きにくい考えであり、テレビや本、あるいは親などの話より得た知識が基本だと思われる。もし、十分に自然観察の体験があれば、地動説を知ったときに、我々の「見える」現象が、見たとおりでなく、地球の自転や公転による「見かけの運動」であることに驚くであろうし、その考え方の是非を判断する科学的論理性が育っていない状態では、非常に戸惑うに違いない。一方、科学的な考え方ができていない、あるいは、 自然観察などの体験が不十分な場合には、逆に、驚くこともなく地動説を知識として受け入れてしまうかもしれない。現代社会では、幼児期での自然体験や遊び体験が減少し、早期よりバーチャルな体験が増えている。このような状況では、何事も「考え・疑う」を基本とする「科学的考え方」を自ら獲得することは難しいのかもしれない。私は、このような社会における「科学知識」と「科学論理」のギャップを埋めるような、教材が必要であろうと考えている。この 1 例として、身近に観察可能な対象がある天体現象を使った教材は有効であろう。

3.2.1 地球の自転
地球の「自転」はどのような事実で認識されるであろうか。有名なものとして、フーコーの振子、台風の渦巻きなどのコリオリ力が上げられる。さらに、気象の変動（西から天気が変わる）なども地球の自転の影響である。さらに、赤道と極地方では重力加速度の大きさが地球回転の遠心力分違うというエトベス効果などにより、直接確かめることも出来る。

22 縣らの調査の意図は、日常知（日常の生活で獲得したり、知り得たりする知識）と学校知（カリキュラムに沿って習得する知識）の乖離、および、（系統的な学習が出来ない）「文脈の欠如」を示すことにあった。
23 空を見上げて太陽や星の運動を眺めていると、私たちの周りを取り囲む天球の星々が周期的なリズムを持って回り続けているように見える。古代の人々は、天球上の星々が私たちの大地を取り囲み、天球が周期的に回っているという天動説的世界(宇宙)感を持ったのは、極めて自然なことであった。一方で、ギリシャ時代の人々の中で、天球の星々の運動を、「地球が太陽の周りを公転していることによる見かけの運動である」とする地動説を唱える人々もいた。しかし、天動説より地動説のほうが論理的に天体の運動の説明しやすいと考えられる様になったのは、精密な天体位置計測などが行われるようになったルネッサンス以降のことである。特に、ニュートンによる万有引力の発見(1687 年発表)以降、多くの学者たちは、地動説を自然に受け入れるようになった。しかしながら、地球公転の直接の証拠である光行差の発見は万有引力の発見から約 40 年後の 1728 年であり、年周視差の発見は、さらに 110 年後の 1838 年であった。このように、天動説から地動説への転換は学問の成熟や一般市民を含む人々への科学的手法の普及を相俟って非常に長い時間をかけてきた。このようなこともあり、子供たちの原体験として太陽の動きや星空を観察したことがあれば、天体の運動の説明において、天動説的な考えを推論するのは極めて当然のことかもしれない。

3.2.2 地球の公転
地球公転の最初に示された根拠は、ブラッドレー 24 による光行差の発見である。このような、光行差を具体的に示す教材開発は「位置のずれ」を測定するため比較的難しいだろう。一方、地球の公転に伴う星のドップラー効果を測るという教材は「波長のずれ」を測定するため系外惑星探査のデータを使うことができるので比較的作りやすいと考える 25。
地球の公転の決定的な証拠は、ベッセル 26 による年周視差の発見である。年周視差の発見が光行差より100 年以上遅れたのは、視差の大きさが非常に近傍の星でも数分の 1 秒角程度しかなく、光行差の 100 分の 1 程度大きさであったからである。今日では、ヒッパルコス衛星により近傍の星の年周視差は精度良く求められている。さらに、ＧＡＩＡが動き始め、日本では、Nao-JASMINE,JASMINE 計画が進行中で、国立天文台はじめ、多くの協力が得られると期待する。

3.2.3 人工衛星からみる地球、太陽
上記は、地球からの観測をイメージしていたが、一方で、現在では、宇宙からの視点で見ることができるので、人 工 衛 星 な ど の デ ー タ を 活 用 す る こ と も 考 え ら れ る 。 そ の ひ と つ が NASA/ESA に よ る 太 陽 観 測 衛 星SOHO(Solar & Heliospheric Observatory)の画像である。この衛星は、地球と太陽の間、L1 にある太陽観測用衛星で、2 台のコロナグラフ(LASCO-C2, LASCO-C3)を搭載し、常時太陽コロナを観測している 27 。太陽のコロナ画像の背景にたくさんの星（約 8 等星まではほぼすべて確認できる）が写っている。これらの画像を用いて、背景の星に対する太陽の動きを測定することができる 28 。また、地球の公転面の傾きや、惑星公転面(図 4)、（地球の楕円運動による速度変化）なども測定できる。SOHO の LASCO-C2、LASCO-C3 に内惑星入ってくる。これらの角速度の違いより、ケプラーの法則を確認する事が出来る 29。SOHO は地球周回軌道ではなく、L1 を中心とする、地球から見た太陽からの 6 度の離角もつハロー軌道上にいる。そのため、地球とSOHO では、大きな太陽視差が期待できる。これまでの研究会集録に示したように、内惑星（水星・金星）の太陽面通過時の地上と SOHO の太陽視差から、太陽までの距離 1AU が測定できることを示してきた（大西、2005,2007）30。現在、太陽観測衛星として、STEREO-A、STEREO-B が地球公転軌道にいて、SOHO とあわせて、常時太陽全面をモニター観測している。これらの衛星データを使うと内惑星の動きなどが立体的に見ることができることがある。宇宙からの視点として面白い対象になると思われる 31。

24

ジェームズ・ブラッドリー(イギリスの天文学者),1725 年よりロンドン郊外に望遠鏡を設置し、ロンドンの天頂を通過するりゅう座γ星（エルタニン）を観測し光行差を発見した(1728)。地球が毎秒 30km で太陽の周りを公転しているので、公転面に垂直な方向の星の位置に「ずれ」が生じる。この大きさは V/C であり、最大 20.5 秒角と比較的大きな値になる。
25

地球の公転運動による「波長のずれ」の最大は、光行差と同じ V/C=1/10^4 オーダーであり、やや高分散の分光スペクトルであれば検出可能である。最近、ドップラー法による系外惑星探査が国内外で盛んに行われている。系外惑星探査では、（1）いろんな赤緯の天体を、（2）長期にわたり継続観測されているので、これらの星のデータは、教材の素材として非常に有効である。(a) ひとつの星のドップラー効果の変動を追うことで、地球公転を確認することが出来る。また、(b) 同時に複数の星のデータがあるので、いろんな方向の星のドップラー効果を測定することで、地球公転が確認出来るだろう。
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フリードリヒ・ヴィルヘルム・ベッセル（1784 年～1846 年）ドイツの天文学者、はくちょう座 61 番星の年周視差を 0.314 秒と測定(1838)
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SOHO の画像は、約 3 年分のデータを得ることが出来る。さらに、アーカイブデータにアクセスすれば、Fits データも得ることができる。http://sohowww.nascom.nasa.gov/data/realtime/realtime-c3.html
28 大西浩次「太陽系のスケールを測る」FITS 画像教育利用ワークショップ集録（2007）PP.20
大西浩次 「地球公転測定の教材開発」FITS 画像教育利用ワークショップ集録（2009）PP.31-38
30 大西浩次 「１ＡＵ教材の開発」2004 年度 FITS 画像教育利用 WS (2005)
2931 地球の公転教材として、パルサーのパルス利用なども、興味深い。パルサーは、太陽程度の質量(1.4太陽質量)の中性子星である。そのサイズは、10km と極めて小さいため、その自転の周期は非常に正確で、もっとも正確な自然の時計である。このパルサータイミングデータを使うと、極めて精度の良い地球公転の様子を得ることが出来る。日本では、パルサー時計の研究として NICT の鹿島 34ｍ電波望遠鏡で、PSR1923+29(*)の観測が 1993 年より継続的に行われている。このデータのアーカイブは、地球公転教材の素材として大変興味深い。

3.3 科学論文を教材化
天文学は、他の分野に比べて、論文のアーカイブや観測データのアーカイブが非常に進んでいる。ここで、科学がどのように発展したかを確認するために、過去の論文が自由に読めるだけでなく、これを補強した教材を開発することが挙げられる。
例として、ハッブルの宇宙膨張がいかに受け入れられてきたかを認識するために、はじめに、PAOfits 教材で作成した「ハッブル教材」からスタートし、次に、ハッブルのオリジナル論文や、その周辺を学習し、発展として、Virtual Observatory で最新データを「観測」し、自ら解析し研究するというプログラムが考えられる。

3.4 グループによる科学研究
天文学は、観測データのアーカイブが非常に進んでいるにもかかわらず、星の数ほどある観測対象のために、完全に自動で分析することが困難な場合がある。このような中で、市民と共同で研究を行うプロジェクトがいく
つ か 行 わ れ て い る 。 こ の 成 功 例 と し て 、 例 え ば 、 銀 河 ZOO や Ｋ Ｉ Ｓ Ｓ な ど が 挙 げ ら れ る 。 い ま 、 VirtualObservatory などが発展してくれば、市民で「観測」して研究するプログラムが多数作られる可能性がある。ここで、教材開発や教科書を書く場合に、このような可能性を考慮しておくといいだろう。

4．科学リテラシーと天文学
科学リテラシーというと、単なる最小限必要な科学知識と考える人がいるかも知れないが、全米科学教育スタンダードによる科学的リテラシーの定義 32によれば「個人としての意思決定、市民的・文化的な問題への参与、経済の生産性向上に必要な、科学的概念・手法に対する知識と理解」とされている。確かに、私たちが生活していく上で、どのように社会参加していくかの生き方に必要な「力」という点では、過不足なく表現したものだと考える。さらに言えば、科学リテラシーは、科学（技術）文明を維持・発展されるための最小限の（論理的）能力ということもできる。ここでは、このような科学リテラシーを「スマートな科学リテラシー」 33と呼ぶことにする。
ところで、私たちが生きていく上で、上記のような「スマートな科学リテラシー」とは違う、もっと人間の身の回りに対する根源的な好奇心のようなもの、あるいは、自然への畏怖の念のような感覚がある。3.11 以降の現代の社会において、「想定外」の大地震や「想定外」の原発事故などはありえないはずである。3.11 のときの科学や科学技術での「想定外」が生じた原因は、人間自身が自然と調和して生きていく上で持っていた根源的な好奇心、あるいは、根源的な自然への畏怖の念が忘れ去られている、あるいは、育てて来なかったことによる自然への「想像力の欠如」に原因があると考える。現代において、自然への「想像力」を持つための必要な「力」は、正しい科学知識に基づいた自然への好奇心や畏怖の念である。これらは、これまでの西欧諸国での「科学リテラシー」では指摘されていない事項であり、ここでは、「やばんな（原始的）科学リテラシー」 34 と呼ぶことにする。
ここで、天文学を考えてみると、天文学にける「物理的要素」には、「スマートな科学リテラシー」に非常によく合致するが、「博物学的な要素」には、これら以外の要素、すなわち、自然への好奇心を高めたり、自然の仕組みを不思議がり、畏怖の念を感じたりする要素が強く含まれていると考える。
そのため、積極的に天文学的な題材を使って、科学教育を行うのは、上記のように単なる「スマートな科学リテラシー」を育てるだけでなく、「やばんな（原始的）科学リテラシー」をも同時に育てることができるという大きな利点を持っているからであるといえよう。
私は、3.11 以降の現在、私たちに必要な科学リテラシーは、「スマートな科学リテラシー」に加えて、科学知識に基づく自然への正しい畏怖の念を持ち続けることのできる力を持つ必要あると考える。これら「やばんな（原始的）科学リテラシー」と「スマートな科学リテラシー」とを持って、「自然と調和するための能力」を、3.11 以降の「科学リテラシー」としたい。

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National Research Council (1995)
著者が導入した用語である。
34 著者が導入した用語である。
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図 5 3.11 以降の女川中心市街地

5（撮影：2011 年 8 月）

まとめ

天文学は、その天体現象に、「物理的要素」と「博物学的な要素」の２つの要素を持っている。このことが、市民の科学を推進する上で、非常に大きな魅力となっている。この 2 つの要素を生かした教材を開発したり、教科書にしたりして普及することは、大変価値があることだと考える。
PaofitsWG でこれまで、多数の教材開発を行ってきた。いま、デジタルカメラが普及してきて、自らが観測者、自らが解析者、自らが研究者の時代がやってくる。このような時代では、教材というのは、これまでＷＧですべて準備してきたが、今後、自ら製作していくという方向に変わっていくだろう。このような時代に、教科書を書くとすれば、Web 上での展開と紙の上での展開を区別して行くことが必要であろう。Web では、これまでの（今後も）完成した fits 教材をしっかりと公開していくのが良いだろう。同時に、教員や市民の製作した教材や成果を公開していくポータルサイト的な役割ができると望ましいだろう。一方、紙の教材であれば、fits 教材は、数例の紹介に留めて、どうすれば、自分の写真から科学を引き出すのかという方法論を丁寧に示して、読者の科学的な研究への好奇心の手助けをことが重要だろう。キーワードは、「科学できる可能性」を伝える・育てることであろう。

図 6 「市民の科学に向けて」のまとめと Paofits WG の活動の位置づけ（案）