月亮上的晝夜及其他天象

郭紅鋒

中國探月工程進展迅速，人們對月球上的生活也越來越感興趣，許多人問月球上有白天和黑夜嗎？回答當然是肯定的，但要說月亮上的一晝夜是多長時間，回答正確的人就寥寥無幾了。打開搜索網頁，說月亮上一晝夜的時間是27.32天、28天、30天……回答比比皆是，其根據都是恒星月（即月球相對恒星自轉一周，同時也圍繞地球公轉一周的時間周期27.32天）。但是，很少有人認真分析—下月亮上的晝夜原因和正確的晝夜間隔時間。

我們先要給出幾個概念：

1.月亮相對恒星自轉一周（同樣也是月亮圍繞地球公轉一周）的時間周期為27.32天。

2.月相（就是月亮圓缺的變化）是因為月亮表面被太陽照亮的部分被地球人看到，又因為月亮圍繞地球轉的過程也跟隨地球圍繞太陽轉，而日、地、月三者位置關系變化造成月相的變化。

3.月相變化一周（從某個月相到下一個同樣的月相，如從一個滿月到下一個滿月）的時間周期為29.53天。

4.考慮月亮總是一面對著地球，也就是在地球上我們只能看到月亮的正面。

根據以上概念，我們來分析月亮上的晝夜時間。

假設有個人在月球上正對著地球的位置，即圖1中1-1（午夜），那么他經過2-1（早晨日出）、3-1（正午日中）、4-1（傍晚日落），然后再回到1-1（午夜），就完成了一個月亮上的晝夜交替，時間周期與地球上看到的月相周期一樣，是29.52天（此處的“天”，是地球上的時間，一天等于24小時）。

圖1中背對著地球的位置，1-2（正午日中），2-2（傍晚日落），3-2（午夜），4-2（早晨日出），經過的晝夜時間間隔是一樣的，只是時間起始點不同，就如同地球上各地有時差一樣。

圖1中側對著地球的位置，1-3（早晨日出），2-3（正午日中），3-3（傍晚日落），4-3（午夜），經過的晝夜時間間隔也是一樣的。

圖1中另一側對著地球的位置1-4（傍晚日落），2-4（午夜），3-4（早晨日出），4-4（正午日中），經過的晝夜時間間隔也是一樣的。

月亮一邊圍繞地球轉，也跟著地球一起圍繞太陽轉，但晝夜與月相的變化都與他們相對太陽的位置有關，所以這種變化周期與朔望月的周期一樣（見圖2）。

另外，月亮運行軌道（白道）與黃道也有一個大約5度的傾角，所以在跟隨地球圍繞太陽運行的一年中，月亮上的晝夜長短跟地球上一樣也有相應的變化（但因傾角很小，變化也很小）。

知道了月亮上的晝夜變化，你當然可以推演出：在月亮上看，太陽在天空中要走半個朔望月（差不多15天）才落下。而恒星呢，因為月亮上沒有大氣，天空中沒有像地球那樣的散射，所以白天不對著太陽的方向也是黑的，也可以看見星星。但在月亮上觀察恒星，其視運動一周的時間是27.32天（就是月亮相對恒星自轉一周的時間）。這跟在地球上觀察太陽的視運動周期是24小時，恒星的視運動周期是23小時56分鐘，其道理是一樣的。

最奇妙的是從月亮上看地球。因為月亮總是一面對著地球，也就是在月亮上任何一個可以看見地球的位置觀察地球，看到的地球都是在天空中位置不動的，但地球有自轉，有圓缺變化（見圖3）。

在月亮上觀察地球圓缺變化的周期也是29.52天（參考圖1，例如在月球上1-1位置看地球是望，到2-1位置看地球是下弦，到3-1位置看地球是朔，到4-1位置看地球是上弦，再到1-1位置看地球又回到望，完成一個地球圓缺變化，周期與在地球上看月亮的朔望月周期一樣）。

最后，給同學們留下一個思考的問題：

假如在月亮上用望遠鏡觀察地球上的某一點（目標長時間在望遠鏡視場里不動），需要什么樣的跟蹤速度？

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