千百年來,在地球上的人們,看見月球,有圓有缺、有大有小。從科學的角度來解釋月球有圓有缺,已經是很簡單的了――月相。
月球本身不會發光,它只能反射太陽的光輝。因此,在太陽光照耀下,月球永遠分為光明半球和黑暗半球。但是在地球上看來,月球有時光明部分較多,有時黑暗部分較多;有時光明部分在擴大,有時黑暗部分在擴大。月球明暗兩部分不斷變化的狀況叫做月相。
月相的不同,與觀測月球的方向有關係。如果在月球背日方向觀測月球,月球幾乎全部是黑的,這時的月亮叫做新月;反之,如果在月球的向日方向觀測月球,月球幾乎全部是光明的,這時的月亮叫做滿月。月相的變化,就是由新月逐漸變成滿月,又由滿月逐漸變成新月的過程。當新月出現的時候,月球和太陽位於地球的同側,這叫做日月相合,又叫做「朔」。當滿月出現的時候,月球和太陽位於地球的兩側,這叫做日月相衝,又叫做「望」。所以月相的變化,又可叫做朔望變化。
月相變化是周期性的。農曆初一,地球上看不到月亮,這天是朔。朔之後一二天,在傍晚西部天空露出彎彎的蛾眉月,凸面向著落日的方向。以後,月球的位置相對於太陽逐漸向東移動,明亮的部分也日益擴展,五六天後,成了明暗各半(西半邊亮)的「上弦月」,日落時在觀測者的正南。再過七天(農曆十五前後),便到了滿月,日落時,太陽在西,滿月在東,隔著地球遙遙相望。滿月從傍晚東升,在次日晨曦中西落,通宵照耀。滿月以後,月面西部日益虧缺,過了七天,又變成了明暗各半(東半邊亮)的「下弦月」。下弦月於半夜升起。下弦月後,月亮繼續虧缺,成為黎明前掛在東方天空的殘月。殘月在天空中的位置愈來愈接近太陽,明亮部分也愈來愈少,終於轉到和太陽相同的方向,月亮也就全部變黑了,朔又來臨。
新月和滿月,上弦月和下弦月都是周期性出現的,由這一次新月(或滿月)到下一次新月(或滿月)的時間,就是月相變化周期,時間約29天半。這個周期叫做朔望周期,農曆就是根據朔望周期定為一個月的,這種月又叫做朔望月。
簡單地說,月相就是月亮的各種形狀。它的變化是由於:1,月球本身不發光也不透明,只靠反射太陽光而發亮;2,日地月三者位置不斷變化的結果。然後,你只要記住六個字就可以了:上西天、下東天。每月初一,新月,太陽月亮同升同落,月亮徹夜不見;初七初八,上弦月,就是上半夜在西邊的天空看到月亮,這時的月亮是朝西彎的;十五,十六,滿月,太陽月亮此起彼落,月亮徹夜可見。二二,二三,下弦月,就是下半夜在東邊的天空看到月亮,這時的月亮是朝東彎的。這個就是基本規律,喜歡攝影的朋友,記住這個就無憂了。
但月球有大有小,卻不是很多人可以理解的,甚至一旦說出「外國的月亮又大又圓」,那就是忘記祖宗、崇洋媚外。那麼,事實上,外國的月亮是否「又大又圓」呢?
我們從頭說起。
1693年,天文學家G.D.卡西尼根據長期的天文觀測歸納出了三條描述月球自轉的經驗定則——卡西尼定則:①月球以等角速度繞固定軸由西向東自轉,自轉周期為一個恆星月;②月球自轉軸與黃道的交角不變;③月球赤道面與黃道面的交線同月球軌道面與黃道面的交線重合,月球赤道面與月球軌道面分別位於黃道面兩側。而月球隨著地球的公轉運動繞日運動,這樣太陽在月面上的直射點跟太陽在地球上的直射點一樣存在明顯的季節變化。月球赤道面與黃道面成1.54°的夾角,因此太陽直射點在月球南北緯1.6度之間季節性變化著。
大家知道,地球公轉軌道平面(黃道面)和月球公轉軌道平面(白道面)並非在同一平面上,而是相互傾斜成5°9′的交角(平均值),因此一般情況下,在朔日不會發生相互遮擋的日食。只有當月亮在朔日運行到地軌平面與月軌平面交界線附近時,出現日月地三者正好或近於在一直線上,才會發生日食現象。月球距離地球遠近的變化,是形成月全食、月環食或月偏食的原因。
地球到月球的平均距離是384,400公里,月球離地球近地點距離 為 35.7萬公里(就是地表到月表);距離地球最遠的遠地點距離為40.6萬公里 (就是加上月球與地球的直徑)。月光從月球傳到地球的時間只要1.3秒,也就是說只眨了下眼的功夫。可是這麼短的時間,它的路程卻有38萬多公里。由於月球環繞地球運行是一個以一個軸心為主的橢圓形的軌道,因此,月球距離地球最遠比最近時多5萬公里。同樣是滿月,月球距離地球最近比最遠時,月亮的視直徑大14%,視面積大30%。這個是很大的差別!
所以,月球有大有小,就很好理解了。2008年,據物理學家組織網報道,北京時間12月13日凌晨,是全年最圓、最大、最亮的月亮將出現在夜空中。只要夜空晴朗,我國各地都可觀賞到這輪滿月。好了,既然月亮可「長」大14%,你能講出它有什麼不同嗎?當然,這是一個棘手的問題。因為我們不可能找到一把浮在空的尺在去量一下月亮的直徑。月亮高懸空中,沒有參照物,即使是近地滿月看上去似乎和其他滿月沒什麼太大不同。其實,最好的參照物,就是地面物體。大家可以感覺到早上升起時的太陽很大,而中午的太陽又小很多,月球也一樣。當然,另一個原因就是低層大氣密度高,光線的折射原因。
我告訴國內的朋友,多倫多的月亮「又大又圓」,大家開始也是不能理解。這個問題不是一個「月球距離」問題,而是兩個方面的原因。
一個是大氣環境問題。簡單講,加拿大空氣質量好,空氣塵埃少;多倫多空氣污染指數常年保持在30以下,市中心是12.9,而北京在70至80之間(最低達到60,最高達到400)。我們在國內看星星時,總是感覺星星在「眨眼睛」,那就是空氣塵埃的作用。月球也會有這個問題,只是月球太大,我們不會感覺月球「眨眼睛」,但是,月球的邊緣變得模糊了,是實實在在地由於空氣塵埃的作用變小了很多。
另一個原因是地平線。前面講過,月球在地平線上是比較大的。在一定的條件下,人對物體的視覺會發生錯覺,一個物體在一些小的物體中間看起來就顯得大些,而一個物體在一些大的物體中間看起來又顯得小些。同理,早晨/黃昏的太陽,只有地平線上一角是天空,而其餘部分是以樹木、房屋等做它的背襯,而在中午時,太陽在頭頂上是以大得無比的天空做它的背襯,所以看起來中午的太陽就比早晨的太陽顯得小些,月球也是這樣。
加拿大人少地廣,地面高層建築不多,而且人們大多居住在相對空曠的地帶,人們很容易在夜晚看見地平線上的月亮。再者,每一次滿月的時間,也並不是剛好都是月球距離地球最近的時間;如果又是滿月、又是月球距離地球最近,這個機會也是比較稀少的。這又與加拿大(或者說多倫多)的生活習慣有關聯了。在國內,人們是以一種高效率、高節奏、高速度的方式在生活與工作,每天都忙死,哪有機會天天看月亮?而在多倫多,人們是那樣休閑,根本談不上緊張的工作與生活,所以,晚上外出的機會就多了,千載難逢的機會,也變得唾手可得了。所以我說,多倫多的月亮「又大又圓」,是一句實實在在的大實話!
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