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自然科普：十五的月亮十幾圓？

來源：中科院物理所

發布時間：2021-09-22

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版權歸原作者所有，如有侵權，請聯係我們(men)

又是一年中秋節，不知有多少小夥(huo) 伴和小編一樣被疫情困在校園裏呢？

好在疫情雖然能阻止家人之間的團圓，卻阻止不了我們(men) 與(yu) 明月的相聚。今年的月圓之夜正是在農(nong) 曆八月十五日中秋節當天，小夥(huo) 伴們(men) 別忘了與(yu) 家人們(men) 共享這美好的月色。

俗話說“十五的月亮十六圓”，聽說今年竟然要“十五圓”了（月亮：我降價(jia) 了）。這是怎麽(me) 回事呢？別急，今天我們(men) 就來講講月亮的那些事兒(er) 。

十五的月亮十幾圓？

實際上，“十五的月亮十六圓”隻是古人通過觀察總結的規律。有人統計過，從(cong) 公曆2005.1.1-2020.12.31共有198個(ge) 滿月，日期分布如下：

農(nong) 曆日期十四十五十六十七總計滿月次數2次72次93次31次198次占比1%36%47%16%_

（數據來源：參考資料【1】）

可以看到，滿月確實是在十六日這天出現最多，其次是十五日，但也會(hui) 偶爾出現在十四、十七日。

月亮的陰晴圓缺

月亮靠反射太陽光發亮，當月亮與(yu) 太陽處於(yu) 不同的相對位置時，便會(hui) 呈現出不同的形狀，這些不同的形狀便是月相。

為(wei) 了更好地理解月相的變化，我們(men) 需要補充一些天文小星空体育官网入口网站。在天文學中，為(wei) 了方便描述太陽係中天體(ti) 的位置，有時會(hui) 用到黃道坐標係。把地球保持球心與(yu) 自轉軸不變，無限放大後得到一個(ge) 球體(ti) （天文學上稱之為(wei) 天球），以黃道為(wei) 基圈，以經過春分點的黃經圈為(wei) 始圈, 以春分點為(wei) 原點組成的天球坐標係便是黃道坐標係；可以簡單理解成以黃道麵為(wei) 緯度0°重建的坐標係。

來源：百度百科

黃道坐標係的經度叫做黃經，兩(liang) 個(ge) 天體(ti) 的黃經的度數差便是黃經差。

月相示意圖。來源：

當月球與(yu) 太陽的黃經差為(wei) 0°時，月球恰好處在地球與(yu) 太陽連線上，在地球上幾乎無法看到月亮，此時的月相稱為(wei) 朔月，此時對應農(nong) 曆的初一；

月球繞地球公轉，當轉到月球與(yu) 太陽黃經差為(wei) 90°和270°時，地月連線與(yu) 地日連線垂直，恰好能看到一半的月亮，此時的月相為(wei) 上弦月和下弦月，分別對應農(nong) 曆的初八左右與(yu) 二十三左右；

當月球與(yu) 太陽黃經差為(wei) 180°時，月球處在日地連線的延長線上，此時能看到滿月，稱為(wei) 望月，通常在農(nong) 曆十五左右出現。

從(cong) 一個(ge) 朔月到下一個(ge) 朔月的變換周期為(wei) 29.5天，稱為(wei) 朔望月。農(nong) 曆上說的一個(ge) 月指的就是一個(ge) 朔望月。

月圓之夜在十六？

“十五的月亮十六圓”，這其實與(yu) 農(nong) 曆的設計有關(guan) 。

古代人民以朔月出現的這一天作為(wei) 初一，而月亮的軌道是個(ge) 橢圓，從(cong) 朔月到望月並不總是朔望月的一半，而是會(hui) 根據月亮的位置略有增減，於(yu) 是在十五日前後幾天都可能出現望月。

至於(yu) 望月出現在十六日的概率最高，這同樣與(yu) 初一的定義(yi) 有關(guan) 。

無論是淩晨還是深夜，隻要朔月出現在這一天，都把這一天作為(wei) 初一。

望月和朔月時間差的期望為(wei) 14.75天，也就是說，隻要朔月出現在初一的06：00以後（即初一已過了0.25天），望月出現的日期便大概率會(hui) 來到十六日這天。這也就是“十五的月亮十六圓”的原因。

朔望月、恒星月與(yu) 近地月

細心的小夥(huo) 伴可能已經想到了，月亮的公轉周期不是27.3天嗎？前麵提到的29.5天的朔望月與(yu) 公轉周期有什麽(me) 區別呢？

這其實是同一個(ge) 行星（或其它天體(ti) ）根據不同的計算方式而得到的多種軌道周期。

朔望月的含義(yi) 之前已經做過解釋，對月球來說，還有兩(liang) 種軌道周期較為(wei) 經常使用，一個(ge) 是月球相對於(yu) 一顆恒星來說的公轉周期，稱作恒星月，周期為(wei) 27.3天；另一個(ge) 是月球兩(liang) 次經過地球近地點的時間間隔，稱為(wei) 近點月，周期為(wei) 27.5天。類似的，地球有回歸年（365.242日）與(yu) 恒星年（365.256日）。

朔望月與(yu) 近地月原理演示圖。來源：知乎@蘇月

上圖粗略展示了朔望月與(yu) 近地月產(chan) 生差異的原理。A、B兩(liang) 點相對於(yu) 地球位置相同，月球從(cong) A點到B點的時間間隔便是近地月。而由於(yu) 地球公轉，當月球運動至B點時，相對於(yu) 太陽的位置與(yu) A點不同，還需要繼續運動到C點才能使相對位置與(yu) A點相同，從(cong) C點到B點的時間間隔便是朔望月。所以朔望月比近地月要多大約兩(liang) 天。

近地月比恒星月長的不同則是因為(wei) 月球近地點東(dong) 進的影響，即在太陽引力的作用下，月球近地點每個(ge) 月會(hui) 有3°的向東(dong) 移動，這個(ge) 移動導致了近地月要比恒星月長。

大小白玉盤

望月每個(ge) 月都有，但中秋之夜的月亮總感覺更大更圓一些，這莫不是中秋的情懷加成？

其實這還真有一定的科學依據。中秋節正處於(yu) 秋分前後，此時幹冷空氣驅散雲(yun) 霧，白天秋高氣爽，晚上自然也會(hui) 顯得月亮更大更圓一些。

但要說到月亮的大小，那一定繞不開“超級月亮”。月相之中，望月最大，當望月遇上近地點，就能得到比平時看到月亮大12%-14%的超級月亮。當然，科學家更喜歡稱之為(wei) 近地點滿月。

由前麵的介紹可以知道，月球的朔望月比近點月多兩(liang) 天，在上一個(ge) 近地點滿月之後，根據二者周期的最小公倍數，大約經過14個(ge) 望朔月（15個(ge) 近點月）就又是一個(ge) 近地點滿月，這樣超級月亮的出現周期便可大體(ti) 估算為(wei) 14個(ge) 月。但實際上，因為(wei) 到底多大才算超級月亮並沒有準確的定義(yi) ，很多接近近地點的滿月也被叫做了超級月亮，所以超級月亮的實際周期會(hui) 與(yu) 計算略有偏差。

2020年的超級月亮。來源：metro.co.uk

兩(liang) 小兒(er) 辯“月”

兩(liang) 小兒(er) 辯鬥。

一兒(er) 曰：“月初出大如車蓋，及月中則如盤盂，近者大而遠者小，故月初出近，月中時遠。”

一兒(er) 曰：“月初出涼而溫和，及月中則如觸冰，近者熱而遠者涼，故月初出近，月中時遠。”

孔子未至，而兩(liang) 小兒(er) 達成共識，歡樂(le) 回家。

開個(ge) 小玩笑。月球遠近自然與(yu) 月球在軌道上的位置有關(guan) ，“月中”時冷也隻是因為(wei) 日落後地球失去熱量而沒有外來補充，但月亮在地平線附近看起來確實會(hui) 更大一些，這是為(wei) 什麽(me) 呢？

月亮錯覺原理圖。來源：

這其實是典型的“月亮錯覺”（moon illusion）現象。如上圖所示，當我們(men) 在看地平線附近的月亮時，由於(yu) 地平線等參照物的影響，我們(men) 會(hui) 傾(qing) 向於(yu) 認為(wei) 月亮位置要比在天頂時更遠；在這種判斷影響下，雖然投影在視網膜上的月亮圖像大小是一樣的，但是大腦為(wei) 了補償(chang) 這種判斷便會(hui) 將地平線附近月亮的圖像放大。於(yu) 是我們(men) 會(hui) 感覺地平線附近的月亮更大一些。

利用“月亮錯覺”拍出來的照片。來源：

上述解釋其實就是“視距離”理論的一個(ge) 應用，同樣的應用還有下圖，雖然“後麵”的球看起來更大，但是實際上兩(liang) 個(ge) 球大小完全相同。（實際上，“後麵”這個(ge) 詞並不準確，這種前後的空間感隻是畫的布局所帶來的錯覺，這裏用左右來描述兩(liang) 個(ge) 球的位置會(hui) 更準確。）

來源：

日月當空照

今年的望月出現時間是9月21日上午7時55分，很遺憾在這一時刻出現在白天，難道十五的圓月終究要錯付了嗎？

讓我們(men) 來分析一下白天有沒有看到滿月的可能。

首先，日出月落的規律並非絕對，日月同輝也並不罕見。一般來說，初八前後下午的東(dong) 南方位，二十三前後上午的西南方位就比較容易看到月亮。（想晚上看見太陽就隻能讓周公來幫你了）

要在白天看到月亮有兩(liang) 個(ge) 條件：一是白天時月亮仍在地平線以上，且高度足夠高不被建築阻擋；二是月亮的亮度足夠大，不會(hui) 被太陽的光芒掩蓋。

白天的上弦月。來源：百度貼吧 | 央視新聞吧

我們(men) 結合著之前的月相示意圖來看這個(ge) 問題。上下弦月恰好滿足上述兩(liang) 個(ge) 條件。一方麵，出現弦月時，月球與(yu) 太陽的黃經差恰好是90°（270°），地月連線與(yu) 地日連線垂直，月亮與(yu) 太陽的升落恰好差了半天，所以總有半天左右的時間太陽和月亮是同時出現在天空的；另一方麵，上下弦月的月相較大，反射太陽光較多，亮度較高，當太陽光不是很強的時候便能夠看到。這便是前麵所說初八以及二十三前後容易在白天看到月亮的原因。

通過這些分析，想必小夥(huo) 伴們(men) 也能反應過來了，我們(men) 是不可能在白天看到滿月的。（不考慮升到高空的情況。）滿月發生時，月球與(yu) 太陽黃經差為(wei) 180°，二者位於(yu) 地球的兩(liang) 邊，嚴(yan) 格滿足日升月落的規律。

來自stellarium網站的數據也驗證了上述的推論，在本月21日滿月出現時，月亮正位於(yu) 地平線以下23°的位置，無法被看到。

但是沒有關(guan) 係！既然白天看不到，那我們(men) 就去還在夜晚的地方！

沒錯，之前所提到的計算與(yu) 說明都是基於(yu) 北京時間的情況，而根據timeanddate網站提供的數據，位於(yu) 俄羅斯的新西伯利亞(ya) 市的月落時間是當地的6時59分，月圓時刻是當地的6時54分；新西伯利亞(ya) 市與(yu) 我國新疆的和田市經度接近，也就是說，隻要到達和田市及以西的地方，我們(men) 就能看到月亮最圓的那一瞬間了！