4.5: 月球的相位和运动

月相

尽管我们知道太阳每个月都会绕天空移动1/12的路径,但为了解释各个阶段,我们可以假设在为期四周的月球周期中,太阳的光来自大致相同的方向。 另一方面,在那段时间里,月球完全绕地球移动。 当我们从地球的有利位置观察月球时,我们看到的阳光照亮了多少表面,取决于太阳与月球的角度。

这里有一个简单的实验,向你展示我们的意思:在完全黑暗的房间(或者夜间在户外)在明亮的电灯前站立大约 6 英尺,手里拿着一个小圆形物体,比如网球或橙子。 然后,你的头可以代表地球,光代表太阳,球代表月亮。 在你的头上移动球(确保你不会因为头部阻挡光线而造成日食)。 你会看到球上的相位,就像月球上的相位一样。 (了解月球的相位和运动的另一个好方法是在天空中跟踪我们的卫星一两个月,记录它的形状、与太阳的方向以及它何时升起和落下。)

让我们用图来看看月球的相位周期,它描绘了月球整个月的行为。 这个人物的诀窍在于,你必须想象自己站在地球上,在月球的每个阶段都面对月球。 因此,对于标有 “新” 的位置,你位于地球的右侧,现在是中午;对于 “已满” 的位置,你在半夜位于地球的左边。 请注意,在人物上的每个位置\(\PageIndex{1}\),月亮都是半亮的,一半是暗的(就像阳光下的球一样)。 每个位置的差异与月球面对地球的哪一部分有关。

人物月\(\PageIndex{1}\)相. 月球的外观在一个完整的月度周期中会发生变化。 白色圆圈上的月亮照片显示了太空视角,右边的太阳处于固定位置。 外部图像显示了从轨道上的每个点开始月亮在天空中的样子。 想象一下自己站在地球上,在每个阶段都面对月球。 例如,在 “新” 位置,你正在一天中午从地球右侧面对月球。 (请注意,在这张图中,月球与地球的距离没有按比例缩放:月球离我们大约30个地球直径。) (来源:美国宇航局对作品的修改)

当月亮在天空中的大方向与太阳(位置A)相同时,据说它是新的。 在这里,它发光(明亮)的一面被拒之门外,它的阴暗面转向了我们。 从我们的角度来看,你可能会说太阳照在月球的 “错误” 一面。 在这个阶段,月球对我们来说是看不见的;它黑暗的岩石表面本身不会发出任何光线。 因为新月与太阳在天空的同一部分,所以它在日出时升起,在日落时落下。

但是月球在这个阶段停留的时间不长,因为它每天都在绕着我们的月度路径向东移动。 由于绕地球轨道运行大约需要30天,并且一圈有360°,因此月球每天将在天空中移动约12°(约为其自身直径的24倍)。 新阶段进入一两天后,当我们开始看到月球被照亮的半球的一小部分时,薄的新月形首次出现。 它已经移动到一个位置,现在它沿着一侧向我们反射一点阳光。 随着月亮在远离太阳方向(位置 B)的天空中移动得越来越远,明亮的新月形的大小会连续几天增加。 因为月亮正在向东移动,远离太阳,所以它每天升起的时间越来越晚(就像暑假期间的学生一样)。

大约一周后,月球已经绕过其轨道(位置C)的四分之一了,所以我们说它已经进入了第一季度阶段。 地球观察者可以看到月球被照亮的一半面。 由于月球向东运动,现在落后于太阳大约四分之一的时间,在中午左右升起,午夜左右落下。

在第一季度阶段结束后的一周内,我们看到越来越多的月球被照亮的半球(位置D),这个阶段被称为打蜡(或成长)凸起(来自拉丁语长臂猿,意思是驼峰)。 最终,月亮到达我们图中的 E 位置,它和太阳在天空中彼此对立。 月球朝向太阳的一面也转向地球,我们已经进入了完整的阶段。

当月亮满时,它与天空中的太阳对面。 月亮的作用与太阳的作用相反,日落时升起,日出时落下。 注意这在实践中意味着什么:完全被照亮(因此非常引人注目)的月亮在天黑时升起,整夜停留在天空中,并在黎明时分看到太阳的第一束光线时落下。 它整晚的照明可以帮助恋人浪漫漫步,帮助学生在图书馆度过漫长的夜晚或校外聚会后找到返回宿舍的路。

什么时候满月是天空中最高、最引人注目的呢? 午夜时分,这个时代在几代恐怖小说和电影中都出名了。 (注意像德古拉这样的吸血鬼的行为与满月的行为有何相似之处:德古拉在日落时升起,在午夜做最糟糕的恶作剧,日出时必须回到棺材里。 古老的传说是体现月球行为的一种方式,在电灯和电视出现之前的日子里,月球是人们生活中更为戏剧化的一部分。)

民间传说认为,在满月时期,人们会看到更多疯狂的行为(月亮甚至给疯狂的行为起了个名字—— “疯狂”)。 但是,事实上,对这个 “假设” 的统计检验涉及医院急诊室和警察档案的数千份记录,并未显示人类行为与月相有任何关联。 例如,凶杀案在新月或新月期间的发生速度与满月期间的发生速度相同。 大多数调查人员认为,真实的故事不是在满月的夜晚会发生更多的疯狂行为,而是我们更有可能在整夜亮起的明亮天光的帮助下注意到或记住这种行为。

在满月之后的两周内,月球再次以相反的顺序经历相同的阶段(图中的F、G和H点\(\PageIndex{1}\)),大约29.5天后又回到了新阶段。 例如,满月大约一周后,月亮已进入第三季度,这意味着它已经过去了四分之三(并不是说它被照亮了四分之三——事实上,月球可见面的一半又变暗了)。 在这个阶段,月亮现在在午夜左右升起,大约在中午落下。

请注意,Figure 有一点很容易引起误解\(\PageIndex{1}\)。 如果你观察位于位置 E 的月球,尽管它在理论上已经满了,但看起来它的照明实际上会被一个肥胖的大地球阻挡,因此除了地球的阴影之外,我们在月球上看不到任何东西。 实际上,月球离地球的距离远不如这张图(以及大多数教科书中的图表)可能让你相信的那么近(它的路径与天空中的太阳的路径也不是完全相同)。

月球实际上距离我们 30 个地球直径;《科学与宇宙:简要之旅》包含一张示意图,显示了两个要缩放的物体。 而且,由于月球的轨道相对于太阳在天空中的路径是倾斜的,因此大多数月球的阴影都会错过月球。 这就是为什么我们经常接受满月待遇的原因。 地球阴影落在月球上的时间被称为月食,在《日食和月食》中进行了讨论。

天文学和一周中的日子

本周似乎与天体运动无关,尽管它的长度可能是基于月球四分之一阶段之间的时间。 在西方文化中,一周中的七天以古人在天空中看到的七个 “流浪者” 命名:太阳、月亮和肉眼可见的五颗行星(水星、金星、火星、木星和土星)。

在英语中,我们可以很容易地识别出星期日(星期日)、月亮(星期一)和土星日(星期六)的名字,但其他日子是以给行星命名的罗马众神的北欧语命名的。 在与拉丁语更直接相关的语言中,对应关系更清晰。 例如,水星的星期三是意大利语中的 mercoledi,法语中的 mercredi,西班牙语中的 miércoles。 火星将其命名为星期二(西班牙语为火星),木星或乔夫命名为星期四(意大利语为 giovedi),金星命名为星期五(法语为 vendredi)。

没有理由认为一周必须有七天而不是五到八天。 有趣的是,如果我们生活在一个没有望远镜的情况下可以看到更多行星的行星系统中,那么甲壳虫乐队可能是对的,我们很可能有 “每周八天”。

观看此动画,了解月球绕地球运行和地球绕太阳运行时的相位。