【科普】為什麼月亮會有圓有缺?如果你認為是地球遮擋了陽光,那你就錯了

天空之城 2022/11/06 檢舉 我要評論

我們都知道,月球本身并不是一個光源,但由于月球能夠反射陽光,并且離地球還非常近(相對于太陽系中的其他星球),因此在地球上的我們看來,月亮就成了一個非常明亮的天體,正因為如此,我們通常也將月球稱為月亮。

所以如果有人問起,為什麼月亮會有圓有缺?一個常見的思路就是:本該抵達月亮表面的陽光,在很多時候都會被地球遮擋,地球遮擋的陽光越多,月相就「缺」得越厲害,而在地球沒有遮擋的時候,月相就是圓的。然而如果你真的認為月亮有圓有缺是因為地球遮擋了陽光,那你就錯了。

要知道地球可以認為是一個球體,它在一個平面上投下的陰影就應該是圓形或者橢圓形,另一方面來講,我們所看到的月面可以看成是一個圓形的平面,綜合分析一下你就會發現,僅憑一個圓形或者橢圓形的陰影投在一個圓形的平面上,很多我們常見的月相都不可能出現(比如說下圖中的「初七」、「初九」、「十一」和「十三」)。

那月亮有圓有缺的真正原因是什麼呢?實際上,我們眼中的月亮是什麼樣子,其實取決于月亮相對于太陽和地球的具體位置。

月亮早已被地球潮汐鎖定,這會造成月亮圍繞地球的公轉周期與它的自轉周期剛好相等,在這種情況下,月亮就會一直以相同的一面朝向地球,為了方便討論,我們不妨將月亮朝向地球的一面稱為「月亮正面」。

由于在地球上的我們一直只能看到「月亮正面」,因此我們所看到的月相,其實就是「月亮正面」被陽光照亮的區域。當月亮運行到地球相對于太陽的「正后方」時,「月亮正面」就完全被陽光照亮,此時我們看到的月相就是「滿月」。

在此之后,月亮會逐漸離開地球相對于太陽的「正后方」,這樣一來,「月亮正面」就會出現沒有被陽光照亮的陰影區,在我們看來,月球就「缺」了,而隨著月亮的運動,「月亮的正面」的陰影區還會不斷增加,于是月亮在我們眼中就「缺」得越來越厲害。

這樣的情況將一直持續到月亮運行到地球相對于太陽的「正前方」,此時「月亮正面」將完全沒有被太陽照亮的區域,所以這個時候的月相就是「朔月」(即我們看不見月亮)。

在「朔月」之后,月亮又會向著地球相對于太陽的「正后方」運動,然后「月亮正面」被陽光照亮的區域就會再次出現,最初會形成一彎「月牙」,而隨著時間的流逝,「月牙」的范圍也越來越大,大概過了每月初七、初八的時候(農歷),「月牙」就會轉變成一個半圓形,接下來,我們就會看到月亮越來越圓,直到「滿月」出現。

隨著月亮一圈又一圈地圍繞著地球公轉,這樣的情況將反復地進行,所以月亮也就會有規律地出現「有圓有缺」這樣的現象了。

看到這里可能有人會問了:當月亮運行到地球相對于太陽的「正后方」時,月相應該會因為地球遮擋了陽光而變成「朔月」才對,怎麼會是「滿月」呢?其實這是可以解釋的。

實際上,只有當太陽、地球和月亮同時位于一個平面上的時候,地球才有可能遮擋住本該抵達月亮表面的陽光,但這樣的情況并不常見。

地球圍繞太陽公轉的軌道所在的平面被稱為「黃道面」,與之對應的是,月亮圍繞地球公轉的軌道所在的平面被稱為「白道面」,這兩個平面其實存在著一個大約5度的夾角,這就導致了在大多數時候,太陽、地球和月亮都不會同時位于一個平面上。

也就是說,當月亮運行到地球相對于太陽的「正后方」時,很多時候都不會進入地球的陰影區,地球也就遮擋不了太陽射向月亮的陽光,于是「月亮正面」就會完全被陽光照亮,所以我們此時看到的月相就是「滿月」。

當然了,在少數時候,當月亮運行到地球相對于太陽的「正后方」時,月亮會正好與太陽和地球同時位于一個平面,這就會導致那些本該抵達月亮表面的陽光被地球遮擋,在這樣的情況下,我們就會看到「月食」。

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