浅谈月相的变化规律与观测

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  地球一边自西向东自转也一边绕太阳自西向东公转。月球是地球的卫星,月球一边自转也一边绕地球公转,两者方向都是自西向东,且月球的自转与公转周期相同(这称为同步自转),约为27.32日。这样就造成月球总是同一面(或同一个半球)向着地球。若是只考虑月球的公转,则月球相对于天空中某一遥远恒星公转一周的时间叫恒星月(图1 恒星月与朔望月)。恒星月是月球本身的公转周期,约为27.32日。
  月球属于卫星,本身不发光也不透明,只能被太阳光照射而变亮。由于日(太阳)、地(球)、月(球)三者的相对位置随着月球绕地球向东运行而变化,从而形成了地球上所见到的月球被照亮部分出现不同形状(即从新月(朔月)——上弦月——满月(望月)——下弦月——新月的月相)。这种月亮(球)圆缺的各种形状叫做月相。(见图2月相成因图)
  图1恒星月与朔望月 图2 月相成因图
  仔细观察月相成因图,可发现月相变化规律:自农历初一到十五,月球明亮部分从西部边缘开始向东扩展到满月;自十五(十六)到三十,月球阴暗部分从西部边缘开始向东扩展到新月。
  读图2还可以看出,日、地、月三者的相对位置关系的变化:①当日、地、月大致在一条直线上,月球居中,地球上只能看到月球背着太阳的半球面,此时月相为新月(或朔月)。②当日、地、月三者呈直角,月球在太阳以东,太阳照亮月球的西半部分,此时月相为上弦月。③当日、地、月三者大致在一直线上,地球居中,太阳照亮月球向着太阳的半球面,此时月相叫满月(或望月)。④当日、地、月三者呈直角,月球在太阳以西,太阳照亮月球的东半部分,此时月相为下弦月。
  从新月,经上弦月、满月、下弦月回到新月的月相变化周期约为29.53日,这叫塑望月。塑望月为什么比恒星月要长(看图1,恒星月与塑望月)。如图,以某一遥远恒星为参考点,这时地、月、星在同一直线上(位置E1),日、地、月也在同一直线上(月相为满月),我们把这时作为恒星月的起点,也作为朔望月的起点,经过27.32日后地球运行到第二个位置(位置E2),这时月球公转一周,地、月、星又重新回到同一直线(恒星很遥远,射来的光是平行光)完成一个恒星月,但由于地球的公转,日、地、月并没有回到同一直线上,因此还没有完成一个朔望月,待地球继续运行约2.21天,月球又转过了一个较大的角度,使日、地、月又重新回到同一直线(满月)(位置E3),完成了一个朔望月,所以朔望月比恒星月长。
  了解上述月相简单成因后,为实地观察月相获得理论依据。我校高中学生地理课外活动月相观测兴趣小组,选择每年秋季开学初的农历初一至三十的时段,对月相的升落、形状变化进行跟踪观察,发现其变化规律,并填写下表。
  认识月相变化的规律,就能合理地确定观察月相的时间。一般地说,为了不影响休息,满月以前的月相(即农历上半月的月相),傍晚以后观察较好(图3);满月以后的月相(即农历下半月的月相),清晨日出前观测较好(图4)。如果每天都在同一时间观测,月亮每天大约相对于太阳向东移动12°左右(29.53日月球公转一周360°,每天约前进12°)(参见图3、图4)。
  月相为什么会出现上述的变化特点呢?应该认真对照月相成因图作如下剖析:
  在新月位置(农历初一),月球位于太阳和地球之间,月球上黑暗的一面刚好对着地球上的观察者,因此看不见月亮。新月时,日、月同升同落,夜晚的月亮刚好在地平面以下。离开新月后,以地球和太阳的连线为标准,由于月球公转向东运行,观察者将会看到蛾眉月在太陽的东边,成镰刀形,凸面对着太阳,此时月亮与太阳出没比较是迟升后落,只有当太阳落山后的一段时间才能在西方天空看见月亮,过了一会儿,随着地球的自转,它也没入地平线以下。再过几天,大约农历初七、初八左右,月相在新月位置的基础上向东公转了90°(即月球、地球连线与日地连线成90°),那么东升的时间就推迟了6小时,正好是正午东升,子夜西落,此时地球上观察者正好看到月亮是西半边亮,成半圆形,这叫上弦月,上弦月在太阳东边90°,因此太阳在刚落山时,它出现在正南天空,子夜时落入地平。再继续东行,月相将变成凸月,凸出的方向指向地平面西边,亮的部分大于一半。当农历十五、十六时,月球运行到地球与太阳的同侧,地球居中,这时由于白道面(月球公转轨道面)与黄道面(地球公转轨道面)有夹角。多数情况下,地球不能遮挡住日光,观测者可以看到一轮明月,称为满月,这时月亮和太阳相差180°,月相是黄昏升,清晨落,通宵可见一轮明月。再过几天,月相又变成凸月,这时月相凸出的方向指向地平面东边。到了农历二十二、二十三左右,月相在满月位置基础上向东公转了90°,日、地、月相对位置再次变成直角(月相在太阳以西90°),月升的时间又推迟了6小时,月相子夜东升正午西落,观察者看到的月相是下弦月,下弦月东半边亮,呈半圆形,此时月相只能在后半夜快天亮时观察到。随着月球公转东行,再过几天在日出时会看到月亮又逐渐成了凸面朝东的蛾眉月,而是越来越偏东,直到再一个农历初一恢复新月,完成一个周期。这个周期刚好是一个农历月,又叫“朔望月”。
  通过上述的理论分析和实地观测,使我们加深了对月相知识的理解。同时归纳出月相的变化规律主要有:①无论是蛾眉月、凸月,还是上弦月、下弦月,月相亮面凸出的方向指向地平面西边的是农历上半月的月相;月相亮面凸出的方向指向地平面东边的是农历下半月的月相。
  ②农历初一到十五(十六),月相亮面从西部边缘逐渐向东扩大到满月;农历十五(十六)到三十,月相阴暗部分从西部边缘逐渐向东扩大到新月。
  ③月相的亮面越大,夜晚在地平面上运行时间越长。
  月相观察小组成员:李彩云、张君、杨心声、郑承美、徐庆波、刘蓉、李波、贺玉斌、边紫娅、张蒙、汤文文、胡圣丽等
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