仰望夜空時,我們到底在仰望什麼?
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收藏今天,我們迎來農歷正月十五元宵節。如果你所在的地區天氣晴朗,今夜大概率會看到一輪明亮的滿月。每到這個時候,總有人問:元宵節的月亮,是不是一年裡“最圓”的那一次?今年元宵節是“十五的月亮十六圓”嗎?今天我們就一起來聊聊月相變幻的奧秘。
月亮為何有陰晴圓缺?
在傳統文化中,“月圓”意味著團聚與圓滿。但從天文學的角度看,它其實只是一個空間位置問題——太陽、地球和月球在軌道上恰好排成近似一線。理解這一點,並不會削弱節日的意味,反而會讓我們更清楚,自己正在仰望的究竟是什麼。
月球本身並不發光,我們看到的光全部來自太陽。可以做一個簡單的想象:太陽在一側,地球在中間,月球運行到地球背對太陽的一側。當三者幾乎排成一條直線時,太陽光正面照亮月球朝向地球的那一面,於是我們看到完整明亮的月面。天文學上把這一刻稱為“望”,也就是滿月真正發生的時刻。從一次滿月到下一次滿月,平均大約29.5天,這個周期叫“朔望月”。不過,月球繞地球轉一圈其實隻需要約27.3天。
為什麼會多出兩天多?原因很簡單——在這段時間裡,地球也在繞太陽公轉。當月球轉完一圈時,太陽在天空中的位置已經改變,它還需要再“追”上一點角度,才能再次形成接近對齊的狀態。因此,我們看到的滿月間隔會比月球真正繞地球一周略長一些。所謂“最圓”,只是太陽光照射角度達到最大化的那一瞬間。這個瞬間可能發生在白天,也可能在凌晨,我們在農歷十五看到的月亮,通常是“非常接近圓”,但未必精確落在幾何極值的那一刻。
今天,月亮最圓(望)將出現在3月3日19時37分37秒,並且從2024年到2026年連續三年的元宵月,均是“十五的月亮十五圓”。在北京這樣的城市環境中,如果空氣透明、沒有明顯霾污染,滿月其實很容易觀測。在透明大氣條件下,滿月的視星等約為−12.7等。作為比較,夜空中最亮的恆星大約−1等左右,亮度差距達到上萬倍。換句話說,光污染對滿月的影響並不明顯。真正限制觀測質量的,是大氣的穩定程度。空氣湍流會讓月緣輕微抖動,使細節變得模糊,這是所有地基觀測都會遇到的問題。若視寧度良好,即便使用小口徑望遠鏡,也能看到第谷環形山向外輻射的紋理,或沿著月面晨昏線觀察起伏的地形陰影。
圓月與“血月”的邂逅:錯過一次,再等46年?
今年元宵佳節巧遇“天文奇觀”——月全食,這也是我國境內2026年全年唯一一次的月全食。因月全食時“色赤如血”且較為罕見,紅色的月亮自古以來便引發人們的關注。更幸運的是,此次我國大部分地區處於可見范圍內,其中東部地區觀測條件更佳,可在傍晚時分見証月亮升起時的“血月”景象,中西部地區則能觀測到“血月”的部分階段。
當月球進入地球的本影區,本來應該完全變暗,但地球有大氣層。太陽光穿過地球邊緣的大氣時,藍光更容易被散射,紅光則更容易穿透並被折射進入地球陰影內部,於是月面呈現出暗紅或銅紅色。從物理圖景上看,這相當於地球邊緣所有正在經歷日落和日出的地區,把經過濾的紅色光線共同投射到月球上。月食期間月亮顏色的深淺,還會受到大氣中塵埃和氣溶膠含量的影響。例如大型火山噴發之后,月全食往往更暗、更偏棕紅色。
不過,月全食並不是每次滿月都會發生。由於月球軌道相對於地球公轉軌道有約5度的傾角,大多數情況下,滿月時月球都會從地球影子上方或下方掠過。隻有當滿月恰好發生在軌道交點附近時,地、月、日三者才能真正對齊。所以,下一次我們想要趕上元宵節與紅月亮的同框,就要到2072年的3月4日了。
延伸閱讀
公眾還常把滿月和“超級月亮”聯系在一起。“超級月亮”並不是嚴格的天文學術語,而是一種傳播語境中的稱呼。月球繞地球運行的軌道是橢圓形的,近地點距離地球約36萬公裡,遠地點約40萬公裡。當滿月發生在距離地球小於約36萬公裡的近地點附近時,通常會被稱為“超級月亮”。此時月亮的視直徑比遠地點滿月大約14%,亮度高約30%。聽起來差距不小,但如果沒有參照對比,肉眼其實很難明顯區分。至於月亮在地平線附近顯得更大,那更多是一種視覺參照效應,而不是它真的突然變大。
從更長的時間尺度來看,月球繞地球運行已經超過40億年。地月系統通過潮汐相互作用交換角動量,地球自轉正在緩慢減慢,而月球以每年約3.8厘米的速度遠離地球,這一數值可以通過激光測距精確測量。今夜如果你在北京仰望滿月,你看到的是一束約8分鐘前離開太陽的光,經過約1.3秒飛行抵達月面,再被反射回地球。這是一條跨越約1.5億公裡(即地日平均距離量級)的光學路徑,在穩定的引力框架中完成太陽—月球—地球的傳播。
在宇宙尺度上,月圓只是軌道幾何的周期結果,紅月只是大氣散射的光學現象。但在人類尺度上,我們選擇在這樣的時刻相聚。科學解釋現象,而我們賦予它意義。
作者:苟利軍 中國科學院國家天文台研究員,中國科學院大學教授
策劃:閻冬 戰記
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