中秋赏月:月亮究竟是从哪里升起来的?

作者:流火来源:蝌蚪五线谱发布时间:2020-09-30

东升西落,还是西升东落?

月亮升起来了,但还不是夜晚,

落日和月亮平分天空,霞光之海

沿着蓝色的弗留利群峰的高巅

往四下迸流,天空没有一片云彩,

但好像交织着各种不同的色调,

融为西方的一条巨大的彩虹——

西下的白天就在那里接连了

逝去的亘古;而对面,月中的山峰

浮游于蔚蓝的太空——神仙的海岛!

19世纪,英国浪漫主义诗人拜伦在他的作品《恰尔德·哈罗德游记》中用细腻的语言描述了傍晚时分出现的日月同天这一瑰丽奇幻的景色。同学们,你们曾经注意过这样美丽的场景吗?也许在某一天的傍晚,抬头望向西方,就会看到拜伦所描述的这一幕,仿佛太阳落山后就该月亮升起了,而它们正在举行隆重的交接仪式。

月亮

沐浴在落日余晖下的月亮(图源见水印)

除了傍晚,我们有时在清晨也能发现,旭日东升的同时,稍远处竟然也有一轮明月挂在天空。

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清晨的太阳和月亮(图源:twitter.com)

难道,莫非月亮是西升东落的吗?网络上倒是有一些网友的确是这么认为的。

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有网友认为月亮是西升东落的(图源:trip.com)

可是,每逢农历十五,我们明明可以清楚地看到一轮圆月在东方缓缓升起,这是怎么回事呢?

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2015年,上海,中秋圆月从东方升起(图源见水印)

甚至有时候,我们在白天不经意间一抬头,也能发现湛蓝的天空中,竟然藏着月亮模糊的身影。

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白天出现的月亮(图源见水印)

月亮简直是太调皮了,让不少人对它的“神出鬼没”困惑不已。且慢,让我们来用物理知识让它“现出原形”吧!

相对运动:漫天星斗均是东升西落

同学们还记得初中物理里面学到的知识吗?运动是相对的,从不同坐标系观察同一物体,该物体的运动情形是不同的。如果忘了,那就复习一下:

我们在判断一个物体是静止还是运动时,首先要选定参照物。参照物可以根据需要来选择。如果选择的参照物不同,描述同一物体的运动情况时,结论一般也不一样。

夜空中,我们可以观察到的星星一般分为两大类,一类是太阳系内的行星、卫星等,另一类则是太阳系外的恒星。我们都知道,每一个天体都在进行着复杂的运动:卫星绕各自的行星做圆周运动;行星绕着太阳做圆周运动;而太阳系这一大家子在银河系中同样是运动着的;至于其他系外恒星的运动,那更是难以捉摸。

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太阳系内外的天体运动(自制)

但是,由于地球始终都在自西向东自转。因此,以地球上我们所处的一点为参照系,假设我们静止不动,便会发现夜空中所有的行星、太阳以及系外恒星都是东升西落的。

月亮的情况则比较特殊。尽管月亮同样绕着地球自西向东公转,但是由于月亮的公转速度慢于地球的自转速度,因此月亮也是每天东升西落,这是绝对没错的啦!

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以地球为参照系的天体运动(自制)

简而言之:因为地球自西向东转以及运动的相对性,所以空中的所有天体都是每天东升西落。

月亮升落:看似随机实则有序

我们都知道,由于地球自转的同时绕着太阳公转,并且自转周期约为24小时公转周期为365天,所以太阳每隔24小时完成一次东升西落,同时,具体的东升西落时刻以及太阳高度每天都在改变,以年为单位重复进行。正是因为太阳光的照耀使我们的世界有了白天和夜晚的区别,所以我们才会下意识地以为月亮也是每天在白天落下而在夜晚升起。实际上,月升月落的周期并非12小时。我们来简单地计算一下吧!

假如我们此时可以看到天空中的月亮,然后地球和月亮分别开始自转和公转。当地球花费了大约24小时(具体为23小时56分4秒)旋转了一圈之后,我们却无法在天空中的同一个位置看到一圈之前的月亮,因为月亮也向前绕地球旋转了一些。所以地球还需要继续旋转一段时间才能追上月亮。

由于月亮绕地球公转的周期为27天,所以在地球旋转一圈后想要再次追上月亮,还需要继续旋转的时间为:

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也就是说,地球每隔24小时又53分钟,才能追上月亮一次。所以月亮东升西落的时间和太阳是不一样滴!

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地球和月亮的相对位置关系(自制)

我们的古人根据农业生产的经验,根据月亮的阴晴圆缺以及季节的交替定制了农历,并沿用了上千年。

在农历中,每月初一称为朔日,意为夜空中看不到月亮。这是因为初一那天,月亮和太阳同时在东边升起,又同时在西边落下。耀眼的阳光掩盖了月亮的身影,所以我们才看不到月亮的存在。

而每月十五则称为望日,当天太阳在西边落山时,月亮准时从东边升起,这才是我们印象中东升西落的月亮。

在每月的其他日子里,月亮有时候白天升起,有时候深夜才升起,完完全全在按照恒定的规律运行。只不过由于白天的光线、天气等因素随时变化,使得我们凭运气才能看到月亮,所以这才显得神出鬼没一般。

月亮盈缺:光影的变化

现在,同学们已经知道了,每个月里月亮的东升西落是有规律的。除此之外,大家一定都知道,月亮的形态也是每天变化的。正如《水调歌头》里所说一样:“人有悲欢离合,月有阴晴圆缺。”那么这里面又有什么规律呢?

首先,我们要知道,月亮自己是不能发光滴,我们之所以能看到月亮,是因为它将太阳光反射到了我们的眼睛里。所以,月亮每天能反射多少太阳光就决定了它当天到底是圆盘形的还是月牙形的。

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月亮盈亏规律(自制)

参看上图,每月初一(新月),月亮与太阳夹角为零,所以它们在同一时刻东升西落,当天晚上我们自然看不到月亮。

在上半月,月亮与太阳的夹角逐渐增大,我们可以看到一轮弯弯的月亮逐渐变胖,这个过程中的月亮称为上弦月。

到了每月十五(满月),月亮与太阳的夹角达到180°(最大值),整个月亮的正面都可以将太阳光反射到地球,这时我们就可以看到圆圆的月亮啦!

而到了下半月,月亮和太阳的夹角再次逐渐变小,月亮也逐渐从圆盘又变回了月牙,直至最后完全消失(下月初一),这个过程中的月亮则称为下弦月。

另外,不同月亮的形态还有很多其他的名称,例如蛾眉月、盈凸月、亏凸月、晦月等等,这里就不再一一列举,同学们可以自己查资料了解一下。

好啦,看完这篇文章,你有没有学到一点关于月亮运行规律的知识呢?简单总结一下:

1. 由于运动的相对性,天空中的所有天体都是东升西落。

2. 月亮的公转周期导致了它每天东升西落的时间约为24小时又53分。

3. 月亮的盈亏是月亮与太阳的相对位置造成的。

下一次在白天看到月亮的时候,一定要记得给身边的小伙伴科普一下哦!


参考文献:

[1] 八年级物理(上册),义务教育教科书,人民教育出版社

[2] 《农历的编算和颁行》 修订稿 , 中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局及中国国家标准化管理委员会,2017.


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