Có buổi tối ta thấy trăng lưỡi liềm mảnh, nhưng ngày khác lại thấy trăng tròn mọc. Đây không phải hiện tượng Mặt Trăng thực sự bị cắt rồi lớn trở lại. Sự thay đổi hình dạng do phần bề mặt nhận ánh sáng Mặt Trời mà ta nhìn thấy từ Trái Đất thay đổi được gọi là pha Mặt Trăng. Giải thích sự tròn khuyết thường ngày bằng bóng Trái Đất sẽ khiến ta lẫn nó với nguyệt thực.
Để hiểu các pha, cần nghĩ đồng thời về ánh sáng chiếu lên bề mặt Mặt Trăng và đường nhìn tới bề mặt đó. Đây là vấn đề khác với cách hố va chạm trên Mặt Trăng hình thành hoặc đường bay của tàu thăm dò. Ta sẽ lần lượt xét Mặt Trăng ở phía nào so với Mặt Trời và người quan sát dùng mốc gì khi ghi lại hình dạng.
1. Bán cầu sáng khác với phần nhìn thấy từ Trái Đất
Ánh trăng chủ yếu là ánh sáng Mặt Trời phản xạ từ bề mặt Mặt Trăng. Trong điều kiện thông thường không có nguyệt thực, nếu đơn giản hóa Mặt Trăng thành quả cầu thì Mặt Trời chiếu sáng xấp xỉ một nửa. Mặt Trăng chuyển động quanh Trái Đất không có nghĩa mặt được chiếu sáng đột nhiên thu nhỏ thành lưỡi liềm. Như giải thích của NASA về pha Mặt Trăng, điều thay đổi là ta nhìn được bao nhiêu bán cầu sáng từ Trái Đất. Ranh giới sáng tối cũng không phải dấu vết thiên thể khác che khuất Mặt Trăng.
Hãy tưởng tượng trong phòng có nguồn sáng cố định ở một phía chiếu vào quả cầu trắng. Nếu đầu người quan sát đại diện Trái Đất và quả cầu đại diện Mặt Trăng, di chuyển quả cầu sẽ làm phần sáng nhìn thấy thay đổi. Nếu quả cầu lọt vào bóng của đầu người quan sát thì đó là tình huống tương ứng nguyệt thực, không phải pha thông thường. Mô hình giúp xét quan hệ giữa ánh sáng và đường nhìn, chứ không tái hiện kích thước, khoảng cách và độ nghiêng thực của Trái Đất cùng Mặt Trăng theo một tỉ lệ thống nhất.
2. Thượng huyền và hạ huyền đều là nửa trăng nhưng khác thứ tự
Sóc là lúc Mặt Trăng ở hướng gần Mặt Trời khi nhìn từ Trái Đất; vọng là lúc hướng gần đối diện. Gần sóc, mặt hướng về Trái Đất phần lớn tối và ở gần Mặt Trời nên khó nhìn thấy. Sau sóc, phần sáng tăng dần từ lưỡi liềm đang lớn qua thượng huyền, rồi trăng càng tròn tới vọng. Sau vọng, phần sáng giảm qua hạ huyền và lưỡi liềm đang khuyết trước khi trở lại sóc. Sự thay đổi diễn ra liên tục, không ngắt thành tám ảnh tĩnh.
Ở cả thượng huyền lẫn hạ huyền, khoảng nửa đĩa trăng sáng, nhưng thượng huyền đang lớn tới trăng tròn, còn hạ huyền đang khuyết sau trăng tròn. Đừng chỉ ghi hình dạng nửa trăng; hãy so với ghi chép trước để biết nó thuộc quá trình nào. Bảng sau là xu hướng quan sát khái quát ở vĩ độ trung bình. Giờ mọc lặn thực tế thay đổi theo mùa, vĩ độ và điều kiện chân trời, nên không dùng bảng làm lịch quan sát chính xác.
| Pha chính | Phần sáng nhìn từ Trái Đất | Xu hướng khái quát về giờ quan sát |
|---|---|---|
| Sóc, trăng mới | Hầu như không thấy | Gần hướng Mặt Trời nên khó quan sát |
| Thượng huyền | Khoảng nửa, sau đó tăng | Thuận tiện quan sát ở trời chiều sau hoàng hôn |
| Vọng, trăng tròn | Đĩa trăng gần tròn | Thường mọc gần hoàng hôn và thấy suốt đêm |
| Hạ huyền | Khoảng nửa, sau đó giảm | Thuận tiện quan sát từ đêm muộn tới gần sáng |
3. Độ dài một tháng phụ thuộc mốc của một vòng
Mặt Trăng mất trung bình khoảng 27.3 ngày để đi một vòng quanh Trái Đất so với các sao xa; đó là tháng thiên văn. Nhưng thời gian trung bình từ một lần sóc tới lần sóc tiếp theo, tức trở lại cùng pha, là tháng giao hội, dài khoảng 29.5 ngày. Hai con số không phải cùng một chu kỳ được làm tròn theo hai cách. Vị trí quỹ đạo đã trở lại so với các sao hay chưa và cách sắp xếp so với Mặt Trời đã trở lại hay chưa là hai câu hỏi khác nhau.
Trong khoảng đó, Trái Đất và Mặt Trăng cũng cùng di chuyển quanh Mặt Trời. Khi Mặt Trăng đã đi hết một vòng so với các sao, hướng Mặt Trời nhìn từ Trái Đất đã thay đổi, nên Mặt Trăng cần đi thêm một đoạn để có cùng pha. Vì thế tháng giao hội dài hơn tháng thiên văn. Các số này mô tả chu kỳ trung bình, không có nghĩa mọi tháng giao hội dài chính xác như nhau. Cũng không thể cố định khoảng cách ngày trên lịch thành 29 hoặc 30 ngày rồi dự báo giờ chính xác của lần trăng tròn kế tiếp.
4. Nguyệt thực cần sự thẳng hàng khác với thay đổi pha
Nguyệt thực xảy ra gần trăng tròn khi Mặt Trời, Trái Đất và Mặt Trăng có vị trí phù hợp để Mặt Trăng đi vào bóng Trái Đất. Điều đó không có nghĩa phần tối của trăng lưỡi liềm hay nửa trăng thông thường là bóng Trái Đất. Hướng dẫn nguyệt thực của NASA phân biệt nguyệt thực toàn phần khi toàn bộ Mặt Trăng vào vùng bóng tối của Trái Đất, một phần khi chỉ một phần đi vào và nửa tối khi đi qua vùng bóng mờ bên ngoài. Biến đổi độ sáng trong nguyệt thực nửa tối có thể khó nhận ra; không phải mọi nguyệt thực đều làm Mặt Trăng biến mất hoàn toàn.
Mặt phẳng quỹ đạo Mặt Trăng nghiêng khoảng 5 độ so với mặt phẳng quỹ đạo Trái Đất quanh Mặt Trời. Vì vậy ngay cả khi trăng tròn, Mặt Trăng thường đi phía trên hoặc dưới bóng Trái Đất. Chỉ khi điều kiện đi gần giao tuyến của hai mặt phẳng quỹ đạo cùng phù hợp với vị trí trăng tròn thì nguyệt thực mới có thể xảy ra. Nếu thấy hình pha vẽ Mặt Trời, Trái Đất và Mặt Trăng trên một mặt phẳng rồi kết luận tháng nào cũng có nguyệt thực, ta đã nhầm giới hạn của sơ đồ bỏ qua độ nghiêng với hiện tượng thực tế.
5. Kiểm tra riêng bên sáng và ngày tháng trên lịch
Tại cùng một thời điểm, pha Mặt Trăng xét thực dụng gần như giống nhau ở các nơi trên Trái Đất, nhưng hướng của nó trông khác theo vị trí quan sát. Hình dạng quen thuộc ở hai bán cầu bắc và nam có thể nhìn như đảo ngược nhau; ngay ở một nơi, độ nghiêng so với chân trời cũng có thể thay đổi. Vì vậy không áp dụng nguyên tắc “sáng bên phải thì luôn đang tiến tới thượng huyền” cho mọi vùng và ảnh. Hãy kiểm tra ảnh có bị xoay hay đảo qua dụng cụ quang học không, đồng thời xem phần sáng tăng hay giảm qua nhiều ngày.
Giờ trăng tròn trong niên giám thiên văn chỉ một thời điểm cụ thể, còn những đêm trông gần tròn bằng mắt có thể kéo dài cả trước lẫn sau. Viết thời điểm đó bằng ngày địa phương cũng có thể cho ngày khác nhau tùy múi giờ. Ví dụ, thời điểm minh họa 18:00 UTC của một ngày là 03:00 ngày hôm sau tại UTC+9. Đây là ví dụ đổi giờ, không phải dự báo trăng tròn thật. Hoạt động lịch pha Mặt Trăng của JPL cũng chỉ rõ múi giờ và vùng áp dụng của bảng. Khi dùng hình hoặc lịch từ nước khác, hãy kiểm tra năm, múi giờ và vùng quan sát trước.
6. Ghi riêng sự thật đã thấy và hình dạng dự kiến
Hãy quan sát Mặt Trăng khoảng một tháng, ghi cùng ngày, giờ địa phương, địa điểm, hướng trên trời và hình phần sáng. Có thể bắt đầu ở cùng nơi sau hoàng hôn, nhưng Mặt Trăng không phải lúc nào cũng thấy được vào cùng một giờ suốt chu kỳ. Những hôm không thấy, ghi có mây không, có bị nhà che không và giờ quan sát có phù hợp không. Không lập tức coi ô trống là bằng chứng của sóc. Đừng hướng ống nhòm hoặc kính thiên văn về Mặt Trời để tìm Mặt Trăng gần đó.
Giả sử ghi chép quan sát hư cấu A nói rằng một chiều thấy trăng mảnh ở phía tây, rồi vài ngày sau cùng giờ lại thấy trăng dày hơn. Điều này phù hợp với quá trình phần sáng tăng, nhưng không phải dữ liệu đo độ dài chính xác của tháng giao hội. Nếu ghi chép B nói một ngày không thấy trăng rồi hôm sau thấy lại, cũng không thể kết luận chính Mặt Trăng biến mất trong ngày trống đó. Cả hai là ví dụ hư cấu để luyện xem xét điều kiện quan sát, không phải kết quả quan sát bầu trời thực.
Như hoạt động nhật ký quan sát Mặt Trăng của JPL, so sánh theo thứ tự các hình vẽ nhiều ngày giúp phân biệt thay đổi lặp lại với khoảng chưa quan sát được. Nếu sau đó điền hình ngày trống bằng niên giám, hãy dùng dấu khác nhau cho quan sát trực tiếp và dự đoán. Cũng cần phân biệt ảnh tối vì phơi sáng hoặc mây với diện tích sáng thực sự giảm. Chỉ ghi nhận thứ tự các pha không đủ để xác định khoảng cách tới Mặt Trăng hoặc giờ nguyệt thực chính xác.