木曽観測所周辺での夜空の暗さ測定
東京大学木曽観測所
征矢野 隆夫
２０１８年７月７日

木曽の星空から見えてきたもの

木曽の星空環境レベルは



その結果は



星空継続観察のについて

木曽の夜空はどの程度のレベルか？

長野県の気象から

衛星から見た地表の明るさ



夜空には明るさがある

人間の目の限界等級

撮影検証

長野県の気象データ
2001年
年
平
均
気
温月
最高気
温月
最低気
温年
平
均
湿度

(℃)↓

(℃)

(℃)

平均15.833.5

長野県

12.6

33.1

都道府県

平均高度
平均居住高度（2000年）1.033m
644m

(％)

年
間
日
照時
間(hours)

0.8

69-3.873

全国 1位

年
間
降
水量(mm)

年
間
快晴
日
数(日)

年
間
降
水日数(日)

年間
雪日
数(日)

1,874

1,847

22

126

32

1,929

1,058

1213079上空から見た日本列島明るさ
Weekend Diversion: Finding Darkness
https://medium.com/starts-with-a-bang/weekend-diversion-finding-darkness-b77f63fe733b

ボートル・スケール黒 （１） 優れた光害
フリーの土地灰 （２） 代表的な真に空が暗い土地青 （３） 田舎の空
緑 （４） 田舎と郊外の境
黄 （５） 郊外の空
橙 （６） 明るい郊外の空
赤 （７） 郊外と都市部の境
白 （８）（９）都市部の空長野県内の明るさ
１
２
３

４
５
６
７

８,９
木祖村
木曽町
王滝村

※ 木曽郡内全域で、上松町
大桑村

南木曽町
飯田市
阿智村

クラス４である。

ボートルスケール各クラスによる星の見え方クラス カラ・キー 肉眼限界等級

456

描 写

6.1 – 6.5

黄道光はまだ見ることができるが、夕暮れと夜明けの頃の天頂への半ば辺りでは存在しない
いくつかの方角に目に見える光害のドームがある
雲は光源のある方向で照らし出され、頭上では暗い
周辺は距離があってもはっきり見ることができる
天の川は地平線上でまだ印象的だが、形状は欠けている
さんかく座銀河は、そらし目でも難しく、空の高い位置にあるときのみ見ることができる
12.5インチ口径反射望遠鏡の限界等級は15.5

5.6 – 6.0

秋か春の条件の良い夜のみ黄道光の兆候が見える
光害はほとんどの方向で見られる雲は空よりも顕著に明るい
天の川は地平線近くでは非常にかすかか全く見えず、頭上では押し流されたように見える
12.5インチ口径反射望遠鏡の限界等級は155.1 – 5.5

黄道光は見ることができない
光害は地平線から35°までの空を灰白色に照らしている
雲は空のどこにあってもはっきり明るく現れる
周辺は容易に見ることができる
天の川は天頂近辺でのみ見える
さんかく座銀河は見えず、アンドロメダ銀河は控えめに見える
12.5インチ口径反射望遠鏡の限界等級は14.5

長野県の大半で「天の川」が見える？

木曽では、例外なく「天の川」が見える！

肉眼での星空観望に影響するもの
肉眼で星空観望を行う場合、周辺環境により、見え方が大きく変わる。

1. 空の明るさ

2. 標高による影響
3. 周辺光源による影響

空には明るさがある
その要因となるものは、

1. 大気光 （地球大気の発光）

23等

2. 星夜光 （星からの光）

23等

3. 黄道光 （太陽系内微粒子の散乱光）

23等

4. エアロゾル （大気中微粒子の散乱光）

標高で差

大気光
大気光は様々な反応によって発生
1. 日中の太陽光による光イオン化反応で生成されたイオンの再結合。
2. 上層大気に放射される宇宙線によるルミネセンス。
3. 酸素や窒素が、数百km上空で水酸化物イオンと反応することによる化学発光。
光害のない高地の観測所で約22等級。最高の条件（星像直径0.7秒角程度）で、約23等級。

主な可視域の発光波長は、557.7nm、630nm。
※ 眼視の場合は感度ピークが507nmなので殆ど無視できる。
大気光

国際宇宙ステーションからの画像

赤い大気光が写った画像

御嶽山

星夜光


星夜光の強度の見積
 理科年表に掲載の7 [等級] から 21 [等級] までの等級毎の数星を足し合わせ、単位面積当たりの星の寄与による明るさを計算する。
 計算結果、22.9 [等級/平方秒]。


これはどんな暗い観測地、たとえ宇宙空間であったとしても、 空は約 23 [等級/平方秒] で光っていることを意味します。

黄道光






ハレヤカラ山頂で撮影された黄道光（Wikipedia）

黄道光（こうどうこう）とは、天球上の黄道に沿って太陽を中心に帯状に見える淡い光の帯である。
太陽系内部の地球軌道付近に存在する、主としてcmからμｍオーダーの惑星間塵である。この非常に多数の塵が太陽光を散乱して光る。
経験的に黄道光の明るさは天の川と同じ程度か少し暗い程度として、黄道光の明るを 5 [等級/平方度]とすると、 = 23 [等級/平方秒] 前後の明るさとなる。

対日照画像（チリのパラナル天文台）

エアロゾル

大気中には、火山、砂塵嵐、森林・草地火災、植物の生命活動、海面からのしぶきなどの自然現象により自然界から持たれされた粒子や人間の経済・社会活動によってもたらされた粉塵等の粒子からエアロゾルが形成されている。
エアロゾルの殆どは混合層と呼ばれる地表約2kmの大気層に含まれる1)。

このエアロゾルに街明かり等の光が散乱され空を明るくする原因となる。

1) 高橋幹二、日本エアロゾル学会編、 『エアロゾル学の基礎』 森北出版、2003年、8-9頁。

大気中のエアロゾル
大気中にはエアロゾル（微粒子）が存在する雲？

影響あるの2000m辺りまでか？

ライダーのデータ（千葉大学リモートセンシング研究センター）

空の明ると肉眼の限界等級






天の川は肉眼の恒星に対する限界等級が 5 [等級]より暗いと見えるようになる。

天の川は空の明るさが 20 [等級/平方秒] では約 50[%] の確率で、21 [等級/平方秒] ではほぼ 100 [%]の確率で観察できる。
そのため空の明るさが 20 [等級/平方秒] であれば肉眼の限界等級は 5 [等級] 前後と考えられる。
また天の川のような広がった天体の場合は、空の明るさより約 1 [等級/平方秒] = 約 2.5 [倍] 暗い光源までほぼ確実にその存在を認識できると考えらる。
参考資料：臼井正、「続・天の川が見える怪」、天文教育、2007年3月号

空の明るさ場所ごとの空の明るさ
場 所[等級/平方秒][等級/平方分][等級/平方度]

マウナケア山1)

２２

１３４良い所2)

２１１２３

平均２０１１２大都市

１６７−２１） 家正則他 (2007) のマウナケア山頂での空の明るさの測定から、 21.6 [等級/平方秒]、Vバンド ( 550 [nm] 付近) で22.3 [等級/平方秒] のようだ。そのため桿体のピーク感度である 505 [nm] 付近での空の明るさを内挿すると、およそ 22 [等級/平方秒] = 13 [等級/平方分] = 4 [等級/平方度] と計算される。
2) スターウォッチング・ネットワークの結果から、日本国内の観測点の平均で約 20 [等級/平方秒]、良いところでおよそ 21 [等級/平方秒] 前後、大都市で約 16 [等級/平方秒] 程度だと分かりました。

肉眼の限界等級まとめ
下表に空の明るさ毎の推定される限界等級（恒星と広がった天体（面光源）の場合）をまとめる

空の明るさ[等級/平方秒]

恒星[等級]

面光源[等級]場所 (例)

２２７７

マウナケア山
頂

２１６６山奥２０５５田舎１６１１都心標高が限界等級に与える影響

観測地の標高が 900 [m] = 3000 [フィート] 上がる毎に経験的に 0.5 ～ 1.0 [等級] 限界等級が向上する。O'Meara (2014)
エアロゾルは主に地表から 2 [km] 程度以下の「大気境界層」(地面や海面の摩擦や熱の影響を直接受ける層) に多く分布する。小倉義光 (1999)
ヒトの目は、標高が 2700 [m] = 9000 [フィート] を超えると気圧が低くなるため酸素不足で感度が低下する。O'Meara (2014)

以上から、標高 2000～3000 [m] ぐらいで 7～8 [等級] 位が肉眼の限界等級 (恒星の場合) となると思われる。
参考文献： Stephen James O'Meara, The Messier objects, Cambridge University Press, 2014小倉義光著、「一般気象学」、東京大学出版会、1999年

撮影検証


諸条件を決めて、デジカメ撮影
EOS6D, ISO：32001), F:2.8, Exp:30sec
Nikon 8mm, 14-24mm

スカイクオリティーメータ（SQM-L）で測定



撮影場所
 街なか、街灯あり、なし
 街灯影響少ない場所※ 1) テスト的に撮影を開始したため ISO6400で行ったものもある。

撮影箇所
御嶽山 田の原
日義道の駅

関山公園

合庁駐車場

木曽市場
木曽観測所

木曽観測所

ISO=6400 Exp.=30sec F=8mm f=2.8 SQM=21.51 標高：1120m

2017/04/23

木曽市場駐車場

ISO=6400 Exp.=30sec F=8mm f=2.8 SQM=21.14 標高：740m

2017/04/23

木曽市場駐車場 街灯避ISO=6400 Exp.=30sec F=8mm f=2.8 SQM=21.14 標高：740m

2017/04/23

関山公園

ISO=6400 Exp.=30sec F=8mm f=2.8 SQM=21.15 標高：845m

2017/05/28

地域振興局駐車場

ISO=6400 Exp.=30sec F=8mm f=2.8 SQM=20.64 標高：750m

2017/04/23

合同庁舎駐車場 街灯隠し

ISO=6400 Exp.=30sec F=8mm f=2.8 SQM=20.64 標高：750m

2017/04/23

日義道の駅

ISO=3200 Exp.=30sec F=14mm f=2.8 SQM=21.34 標高：865m

2018/06/14

御嶽山田ノ原駐車場

ISO=3200 Exp.=30sec F=14mm f=2.8 SQM=21.45 標高：2190m

2017/10/10

木曽の星空環境

木曽郡内は何処でも、目に入る光を避けて見れば何処でも「天の川」が見えると言って良い
標高2000ｍ以上、へ行くと夜景と天の川が同時に楽しめる場所もある
SQMで２０等辺りが「天の川」を見る限界か「夏の天の川」を眺められるチャンスは意外と少ない

近くで観望できる場所の整備や情報が必要



体感できるモデル地区をつくると良い星空継続観察について
１．統一した測定法で継続的に観測は重要
・居住環境指標として活用
・特にエアロゾル量の指標

２．測定機器１） デジカメ、独自解析（山本さん方式）
２） デジカメ、星空公団解析 ← 確立された手法（良）
３） SQMで自動観測

３．体制づくり１） 理想は山本さん方式か２） 宇宙県、県天愛好者、プロジェクトチーム
３） 環境庁、長野県のバックアップ

星空継続観察の活用
１．長野県らしさに合った活用
１） 教育につなげる

２） 生活環境保持・改善
２．ISO ???? の環境負荷軽減と企業PRに

要 行政のテコ入れ
３．星空観察団体等への支援
４．測定データ公開により観光から地域環境整備まで多用途に活用