重視日月，帶你走進(jìn)天文學(xué)

張成

摘要：天文學(xué)的基礎(chǔ)是觀測(cè)，觀測(cè)可以讓學(xué)生在真實(shí)的情境里進(jìn)行探究性學(xué)習(xí)，能夠提升學(xué)生的地理實(shí)踐力，增強(qiáng)學(xué)生地理核心素養(yǎng)。學(xué)習(xí)天文學(xué)知識(shí)要引導(dǎo)學(xué)生置身天地之間，從觀測(cè)習(xí)以為常的日出日落、月圓月缺等天象開始，讓他們的身體與觀測(cè)的天體和天象互動(dòng)，使他們有著全身體驗(yàn)，從而觸發(fā)真切的感受。這樣他們對(duì)于天文現(xiàn)象和規(guī)律的探究的欲望就會(huì)被點(diǎn)燃。

關(guān)鍵詞：地理教學(xué)? 天文觀測(cè)? 情境設(shè)計(jì)

天文學(xué)是自然科學(xué)中的基礎(chǔ)學(xué)科之一。它的研究對(duì)象是廣袤無垠的太空中的天體與天體系統(tǒng)乃至整個(gè)宇宙。天文學(xué)觀測(cè)和研究它們的位置、分布、運(yùn)動(dòng)、形態(tài)、結(jié)構(gòu)、物理狀態(tài)、化學(xué)組成、相互關(guān)系和起源演化。天文學(xué)的基礎(chǔ)是觀測(cè)，在1608年望遠(yuǎn)鏡發(fā)明之前，人們就是憑借自己的雙眼來觀測(cè)天體并加以研究;望遠(yuǎn)鏡發(fā)明之后，隨著科技的發(fā)展，借助越來越先進(jìn)的觀測(cè)工具，人們對(duì)宇宙的探索已經(jīng)邁向更加遙遠(yuǎn)的星空。作為天文愛好者，如果拋開前人的觀測(cè)與研究成果，重新去認(rèn)識(shí)宇宙，應(yīng)該是從身邊對(duì)自己影響最大的天體和天文現(xiàn)象開始。當(dāng)我們用肉眼仔細(xì)觀察早已熟悉的太陽、月亮，你有那份好奇心嗎？你能反問自己：我能想到這些嗎？

一、一樣的太陽，不一樣的日出日落

人類對(duì)天體的認(rèn)識(shí)往往從太陽開始。太陽有多大？它離我們多遠(yuǎn)？這都是我們的疑問。每天早晨，太陽都會(huì)從東方升起，然后經(jīng)過我們的頭頂，再向西落下，天色就漸漸地變暗，再到變黑;第二天清晨，東方的地平線上還會(huì)出現(xiàn)一抹亮色，黑夜便漸漸地退去，太陽將再次從東方升起，再經(jīng)過我們的頭頂，向西邊落下，如此周而復(fù)始，這是太陽的視運(yùn)動(dòng)。對(duì)平日忙于工作和學(xué)習(xí)的人來說，這一切司空見慣;對(duì)于教學(xué)來說，這日出日落也許就是教師引領(lǐng)學(xué)生走進(jìn)天文學(xué)的那份好奇心的起點(diǎn)。

1.太陽真的從東方升起嗎？

當(dāng)我們?cè)诒卑肭蛑芯暥饶车氐耐坏攸c(diǎn)連續(xù)觀察太陽從地平線上升起時(shí)，我們就會(huì)發(fā)現(xiàn)，太陽并非每天都在東方地平線的同一個(gè)地點(diǎn)升起。在萬物復(fù)蘇的春季，春分日時(shí)，面對(duì)東方，有條件的可借助指南針，你會(huì)發(fā)現(xiàn)太陽升起的地方是正東方，如果地面有顯著的標(biāo)志物，如在農(nóng)村，太陽可能在一棵大樹的后面升起;在城市，太陽可能在一棟樓房的后面升起。過幾天再觀察，會(huì)發(fā)現(xiàn)太陽已經(jīng)從樓房或大樹的北側(cè)升起，偏離了正東的位置。

此圖為北半球中緯度某地3月21日春分日前后太陽升起圖，春分日以后太陽升起位置將逐漸向北移動(dòng)2.太陽升起的地點(diǎn)是怎樣變化的？

當(dāng)我們繼續(xù)觀測(cè)，會(huì)發(fā)現(xiàn)太陽升起的地點(diǎn)繼續(xù)向北移動(dòng)，而且白天的時(shí)間越來越長，黑夜的時(shí)間越來越短，天氣也越來越炎熱。到了6月下旬也就是夏至日過后，太陽升起的地點(diǎn)開始向南移動(dòng)，隨著觀測(cè)時(shí)間的不斷延長，會(huì)發(fā)現(xiàn)太陽升起的地點(diǎn)繼續(xù)向南移動(dòng)，越過你一開始定位的大樹或樓房并繼續(xù)向南移動(dòng)，到冬至日以后，太陽升起的地點(diǎn)轉(zhuǎn)而向北移動(dòng)。如此往復(fù)。如果你在同一地點(diǎn)觀測(cè)的時(shí)間足夠長，會(huì)發(fā)現(xiàn)太陽升起的地點(diǎn)就在這兩點(diǎn)之間移動(dòng)。當(dāng)然，太陽落下的地點(diǎn)也是移動(dòng)的，移動(dòng)的軌跡也是如此。至于太陽升起和落下的地點(diǎn)為什么會(huì)移動(dòng)？移動(dòng)的距離是多少？除了對(duì)它進(jìn)一步觀測(cè)外還需要多一份思考。

對(duì)站立在北緯23.5°上A點(diǎn)的觀察者來說，這是在冬至、春分、秋分、夏至日，太陽運(yùn)行的軌跡示意圖

二、一樣的月亮，不一樣的月圓月缺

1.月有盈虧

“舉頭望明月”，各種天體中，除了太陽以外，月亮是人們關(guān)注最多的天體之一。夜晚的天空，抬頭就能看見一輪明月高懸天空，這樣的時(shí)間一月之中只有幾個(gè)夜晚。蘇軾在《水調(diào)歌頭·明月幾時(shí)有》中用文學(xué)的筆觸提出了“明月幾時(shí)有”的呼喚;而“月有陰晴圓缺”，這才是天空中我們看到的月亮的真實(shí)寫照。在持續(xù)一段時(shí)間的觀測(cè)中，我們會(huì)依次看到新月（朔）、蛾眉月、上弦月、盈凸月、滿月（望）、虧凸月、下弦月、殘?jiān)隆⑿略拢绱送鶑?fù)。

月亮不會(huì)發(fā)射可見光，我們看到的光實(shí)際上是月球反射太陽光所產(chǎn)生的影像。月亮環(huán)繞地球運(yùn)動(dòng)時(shí)，月亮相對(duì)于地球和太陽的位置不同，人們所看到的月亮受光面面積是周期變化的，這樣就產(chǎn)生了不同月相

2.月亮升落

在觀測(cè)中，我們會(huì)發(fā)現(xiàn)月亮和太陽不一樣，每天早晨太陽都會(huì)從東方的地平線上升起，傍晚從西方的地平線上落下，但我們看到彎彎的蛾眉月時(shí)，是在夜幕降臨不久，位于天空西邊的邊際，很快它將隨著太陽后面沒入地平線下方。上弦月在太陽落山之際就能看到它高懸天頂，上半夜可在西方的天空可見，午夜時(shí)分從西方的地平線降下。當(dāng)太陽在西方落下之際，只有滿月會(huì)從東方升起，掛上了樹梢，夜半時(shí)分會(huì)月上中天，黎明時(shí)分月落西山。下弦月只有在下半夜于東方的天空可見，我們也不能見到它漸漸西沉落入地平線之下的景象。總而言之，農(nóng)歷的每個(gè)月的前半段時(shí)間，月亮在白天就從東方升起，在明亮的陽光之下，我們無法觀測(cè)到月出東山;農(nóng)歷的每個(gè)月的后半段時(shí)間，月亮在夜半左右從東方升起，在白天落下地平線，在明亮的陽光之下，我們也無法觀測(cè)到月落西山;只有滿月前后，我們可以在夜晚觀測(cè)到月升和月落。新月前后的幾天天空整晚都看不見月亮。月升月落時(shí)間為什么變化如此之大？因?yàn)樵虑蛎?4小時(shí)在繞地球公轉(zhuǎn)軌道上運(yùn)行13°，而地球本身自轉(zhuǎn)13°，人們才能看到月球。兩者之間的差別，就造成月亮每天會(huì)比前一天晚約50分鐘升起。當(dāng)然只要我們細(xì)心觀測(cè)也會(huì)發(fā)現(xiàn)月亮升起的地點(diǎn)和落下的地點(diǎn)與太陽升起和落下的地點(diǎn)一樣也是在來回移動(dòng)。觀測(cè)之后會(huì)有更多的好奇心和“為什么”。

我們觀測(cè)到月相變化從滿月到下一個(gè)滿月的周期稱為朔望月，大約是29日13小時(shí)，它與月亮繞地球旋轉(zhuǎn)一周的時(shí)間（恒星月）是不一樣的，月亮繞地球旋轉(zhuǎn)一周（恒星月）的時(shí)間大約是27日8小時(shí)。因?yàn)樵铝晾@著地球轉(zhuǎn)時(shí)，還隨著地球一起繞著太陽運(yùn)動(dòng)。圖4能說明這一點(diǎn)，弧DE是地球繞太陽運(yùn)行軌道的一部分，假設(shè)某個(gè)時(shí)刻地球位于A點(diǎn)，而月球位于A1點(diǎn)，正好位于地球、太陽和某顆背景恒星的連線上，經(jīng)過27日8小時(shí)，地球運(yùn)行到B點(diǎn)，月亮也在繞著地球運(yùn)行，從A1點(diǎn)運(yùn)行到B1點(diǎn)，月亮正好處在那顆背景恒星與地球的連線上，這時(shí)月亮繞地球轉(zhuǎn)了一圈360°，回到由上次那顆背景恒星確定的位置，這稱之為經(jīng)過了一個(gè)恒星月，它是月亮繞地球轉(zhuǎn)動(dòng)的真正周期。不過此時(shí)的太陽沒有和地球、月亮在同一條直線上，也就是說，相對(duì)于太陽的位置而言，月亮還沒有回到太陽和地球的連線中的位置上，所以月亮要回到太陽和地球的連線中的位置上，還需要一定的時(shí)間，運(yùn)行一段路程。在地球運(yùn)行到C處時(shí)，月亮運(yùn)行到C1處，月亮回到太陽和地球的連線中的位置上，此時(shí)太陽、地球、月亮位于同一直線上。月亮運(yùn)行這段路程需要的時(shí)間是2天多一點(diǎn)，所以兩個(gè)新月之間的時(shí)間間隔變成了29日13小時(shí)。這稱之為經(jīng)過了一個(gè)朔望月。

朔望月與恒星月的關(guān)系（不按比例尺）基于月亮視運(yùn)動(dòng)的盈虧周期的規(guī)律設(shè)置的歷法稱為陰歷。現(xiàn)在在我們常用的日歷上，無論是紙質(zhì)的還是電子版的，除了標(biāo)注陽歷日期以外，還標(biāo)注了獨(dú)具我國特色的農(nóng)歷。農(nóng)歷是我國的古人通過長期對(duì)太陽和月亮運(yùn)行的觀察，形成了兩者兼顧的一種陰陽合歷。這種歷法為了便于安排農(nóng)事活動(dòng)，引出了二十四節(jié)氣，節(jié)氣表明地球在繞日公轉(zhuǎn)軌道上的位置，反映了太陽的周年視運(yùn)動(dòng)。幾千年農(nóng)歷在我國以來一直沿用，現(xiàn)在老百姓依然根據(jù)它安排農(nóng)事、漁業(yè)等生產(chǎn)，確定傳統(tǒng)節(jié)日。

日歷示意圖當(dāng)然只要我們細(xì)心觀測(cè)也會(huì)發(fā)現(xiàn)，月亮升起和落下的地點(diǎn)與太陽升起和落下的地點(diǎn)一樣也是在來回移動(dòng)。觀測(cè)之后會(huì)有更多的好奇心和“為什么”。

三、一樣的星空，不一樣的“熟視無睹”

太陽、月亮是與人們的生活、生產(chǎn)息息相關(guān)的天體，也是我們能用肉眼清楚觀測(cè)到的天體。古人在長期觀測(cè)的數(shù)據(jù)中通過分析對(duì)比找到了它們運(yùn)行的規(guī)律。今天，我們?cè)谶\(yùn)用這些知識(shí)時(shí)，不需再去追問，當(dāng)然也就少了好奇心和思考的欲望。可是，天文學(xué)關(guān)注的天體與天體系統(tǒng)早已走出了太陽系，走向了宇宙的深處，那里有更多的天體和天文現(xiàn)象。現(xiàn)在，白天的太陽依舊東升西落，夜空中的群星依然閃爍，中外那些先賢們夜觀天象、晝測(cè)日影，發(fā)現(xiàn)了地球是圓的，發(fā)現(xiàn)了日月星辰行蹤的秘密。他們用唯美的圓周運(yùn)動(dòng)和精巧的幾何模型構(gòu)建地心說體系，他們還用日心說把地球推下宇宙中心的神壇。隨著觀測(cè)技術(shù)的進(jìn)步和觀測(cè)手段的多樣，我們的視線已經(jīng)進(jìn)入到了宇宙的更深處，那里有著更多的奧秘。

天文學(xué)基礎(chǔ)作為高中地理課程的一部分，這門課程讓高中生對(duì)天體和天文現(xiàn)象有正確認(rèn)識(shí)，能激發(fā)他們探索宇宙奧秘的興趣和愿望，逐步建立科學(xué)的宇宙觀。讓學(xué)生學(xué)習(xí)這些天文知識(shí)，不能被動(dòng)地填塞，因?yàn)榘l(fā)現(xiàn)知識(shí)的過程更為重要。知識(shí)具有情境性，受個(gè)人體驗(yàn)、學(xué)習(xí)方式的影響，知識(shí)學(xué)習(xí)通過基于情境的具身活動(dòng)能夠有效地發(fā)生。我們要善于利用身邊的環(huán)境和資源，設(shè)置真實(shí)而具體的情境，讓學(xué)生置身其中，讓他們的身體與觀測(cè)的天體和天象互動(dòng)，他們就會(huì)有著全身的體驗(yàn)。璀璨的星空、神秘的天象、多姿的天體是先賢們的興趣所在，現(xiàn)在仍將是學(xué)習(xí)天文學(xué)興趣的不竭之源;在天文學(xué)基礎(chǔ)的學(xué)習(xí)中，我們要充分認(rèn)識(shí)到天文學(xué)從本質(zhì)上說是一門觀測(cè)科學(xué)，觀測(cè)可以改變學(xué)生的學(xué)習(xí)方式，讓他們主動(dòng)探究學(xué)習(xí)，能夠提升他們的地理實(shí)踐力，增強(qiáng)他們的地理核心素養(yǎng)。抬頭觀日，舉首望月，只要做了，就會(huì)觸發(fā)真切的感受，對(duì)天文現(xiàn)象和規(guī)律的探究的欲望將會(huì)被點(diǎn)燃。正如《誰見過地球繞著太陽轉(zhuǎn)》中所說，“對(duì)于探索宇宙來說，這種對(duì)大自然奧秘的興趣和思索的能力，比具體的最新知識(shí)更重要”。

看似平靜的天空，憑借我們的肉眼，只要我們具身其中，用心觀測(cè)，除了太陽、月亮運(yùn)動(dòng)以外，我們會(huì)發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)瞬即逝的流星、緩慢行走的行星、不斷閃爍的恒星……作為掌握一定天文知識(shí)，太過熟悉感到此處沒有風(fēng)景的我們來說，已經(jīng)不再好奇，不再去追問。是的，在人的一生中見過太多的日出日落、月亮圓缺，可是真正讓我們身臨其境地長期去觀測(cè)，我們會(huì)有如前人一般的發(fā)現(xiàn)，會(huì)多了份好奇心，思考之后會(huì)發(fā)現(xiàn)今天的天文學(xué)知識(shí)是前人用敏銳的眼光和智慧的大腦慢慢積累形成的。天空依舊，平靜之中有著諸多不平靜，面對(duì)同樣的天空，你能發(fā)現(xiàn)其中的不平靜嗎？你能有一份好奇心嗎？你能思考到前人是怎樣思考的嗎？