月球上的天文觀測

郭紅鋒

中國科協第二屆“尋找少年航天員”征文活動指導資料（4）

人類月球探測的長遠目標是在月球上建立科學實驗基地，甚至建立常駐人類的月球村。就天文觀測來說，月球上沒有大氣擾動，沒有光污染，可以安放大型固定天文儀器，所以月球上的天文觀測條件比地球上任何地方，甚至比圍繞地球運行的空間站都要好很多。在月球上觀測到的天象與地球上有什么不同嗎？

一、月球上觀測太陽

月球作為地球的衛星，其在天空中的運動是圍繞地球公轉一周的同時也自轉一周（27.3天），在此期間又跟隨地球圍繞太陽轉動，日、地、月三者完成一個月相周期需要29.5天。而月球上的一晝夜（太陽升起一落下一再升起）就跟月相的周期一致。

我們把地球上相對太陽的計時系統叫太陽時間，月球上相對太陽的計時系統也可以叫月球上的太陽時間。那么，一個月球太陽日的周期就是在月球上看太陽升起落下（即一個晝夜）的周期，這就是前面說的29.5個地球日。所以，月球上的一晝夜要比地球上的一晝夜長得多。

月球的自轉方向也是自西向東，所以在月球上也可以看到太陽的東升西落，但太陽在地平線上和地平線下的時間各是大約15個地球日。由于月亮上缺少大氣，沒有了折射作用，所以在月球上看到的太陽日出日落不泛紅，可能比在地球上看到的還要小一點，但亮度要比地球上看更亮。

二、月球上觀測地球

我們從地球上看太陽和月亮，其圓面大小差不多，原因是月亮直徑比太陽直徑小約400倍，但距離比太陽近約400倍。由于地球直徑是月球直徑的近4倍，所以我們在月球上可以看到大約4倍于月亮大小的地球懸掛在月空中。

在月球上，白晝和夜晚都能看見地球和其他星球。月球上的黑夜長達兩周多，在漆黑的夜空中，你能夠看見一輪碩大的“明亮地球”高掛在天空，亮度足足比我們在地球上看到的月光亮80倍。

雖然太陽能夠自行發光，但是在月球上看到的太陽只是一個刺眼的小球體。而距離月球很近的地球就完全不一樣了，地球就像是一個藍色的巨大球體，漂浮在月球的上空一動不動，但有自轉（幾乎可以在一天之內看到地球上的所有板塊），也有圓缺變化。我們都知道，月亮可以分為新月、弦月、凸月、滿月等月相，那么在月球上看地球也有這種“地相”。

三、月球上觀測日食

地球上看到的日月食，原理是月球的影子落到地球上，或地球的影子落到月球上。這是日、地、月三者之間的運動關系，該發生的時候就會發生，與站在哪里觀測無關，只是觀察者所在地能不能看到而已。

因此，在地球上發生日食的時候（農歷初一），正是月球的影子落在地球上的時候，但因月球的直徑比較小，影子面積也比較小，所以在月球上的夜晚可以看到明亮“滿地”圓盤的某處有一個黑圓斑在移動（這就是地球上的日食帶）。

在地球上發生月食的時候（農歷十五），正是地球的影子落在月球上的時候。但因地球的直徑比較大，影子面積可以完全覆蓋月球，所以月球上的白晝可以看到明亮太陽一點點躲到“黑圓盤”后面，幾小時后又慢慢從“黑圓盤”的另一邊出來。當太陽逐漸消失在地球背后，它會慢慢變紅，光也越來越弱。到了日全食階段，由于地球大氣層的折射，月球上可以看到地球陰影的邊緣——一個明亮的紅色光弧，抑或是一個完整的紅色光圈。而那個黑暗的大號圓盤，就是地球。

四、月球上觀測太陽系天體

在地球上，由于大氣層對太陽光的散射作用，太陽光彌漫到整個天球，天空呈現蔚藍色，因此所有的星光都在白天被淹沒。而月球表面不存在大氣，也自然不會對太陽光進行散射。由于在月球表面上觀測時，太陽光能影響的天區十分有限，所以白天除太陽附近外，也能看見滿天星斗，這對觀測那些長期在恒星背景中移動的行星非常有利。

在地球上，有些行星在白天出現時我們就無法觀測，而在月球上就可以做到連續觀測。所以，在月球上可以看到肉眼可見的明亮天體：太陽、水星、金星、地球、火星、木星、土星等都在天空中的罕見天象。特別是水星因為離太陽很近，在地球上很難觀測，但在月球上卻可以非常清楚地看到水星在太陽附近擺來擺去的蹤跡。使用望遠鏡還可以看見太陽的全家福：太陽、水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星、海王星、某些矮行星、小行星、衛星、彗星以及黃道帶上的其他太陽系天體等。