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🪐 太陽系與行星

月亮的形狀為何改變?分清月相、朔望月與月食

從太陽照明和觀測方向說明月亮明亮部分如何改變,並區分恆星月、朔望月、月食,以及月亮觀察紀錄的解讀方式。

사냥개 (Sanyanggae)發布 更新 4 分鐘閱讀

本文譯自韓文原文。 韓文原文 · 翻譯檢核: AI檢核

月相說明示意圖:太陽光與視線、27.3 天與 29.5 天、月相與月食
Sanyanggae 製作的說明示意圖:太陽光與視線、27.3 天與 29.5 天、月相與月食。

有些傍晚看得到細細的眉月,其他日子則升起圓月。這不是月亮真的被切掉後又長大的現象。月面受太陽照亮的部分中,地球上看得到的比例改變,所造成的形狀變化稱為月相。若以地球的影子解釋平常的月亮盈虧,就會與月食混淆。

理解月相,需要同時考慮照亮月面的光與觀看月面的視線。這與月球撞擊坑如何形成,或探月飛行器的航線,是不同的問題。以下依序看月亮位於太陽的哪一側,以及觀測者以什麼為基準記錄形狀。

1. 明亮的半球不等於地球上看得到的部分

月光主要是月面反射的太陽光。在沒有月食的一般情況下,若將月亮簡化成球,太陽大約照亮其中一半。月亮繞地球運行,不代表太陽照亮的面會突然縮成細眉月形。如 NASA 的月相說明所述,改變的是地球上能看見多少明亮的半球。明暗交界也不應解讀為另一個天體遮住月亮留下的痕跡。

想像在室內用固定於一側的光源照射白球。將觀測者的頭比作地球、球比作月亮,移動球的位置,能看到的明亮部分便會改變。若球進入觀測者頭部的影子中,模擬的就是月食,而非一般月相。這個模型用於理解照明與視線的關係,並沒有以相同比例重現真實地球與月球的大小、距離和傾角。

2. 上弦和下弦都是半月,但先後順序不同

朔是從地球看月亮位於接近太陽的方向,望則是幾乎相反的方向。朔附近,朝向地球的月面大多偏暗,又接近太陽,因此難以看見。朔之後,月亮從細眉月開始,明亮比例逐漸增加,經過上弦和逐漸變圓的月亮而到達望。望之後,明亮比例減少,經過下弦和殘月,再回到朔。變化持續而連貫,並非像八張靜態圖片般分段跳動。

上弦和下弦都是圓盤約有一半明亮,但上弦正朝滿月增亮,下弦則是在滿月後逐漸虧缺。不要只寫下半月這個外形,也要比較前次紀錄,判斷它處在哪個過程。下表是在中緯度可理解的大致觀測趨勢。實際升落時間會受季節、緯度及地平線狀況影響,不能把它當成精確的觀測時刻表。

主要月相地球上看得到的明亮部分觀測時間的大致趨勢
朔、新月幾乎看不到接近太陽方向,難以觀測
上弦約一半,此後增加適合在日落後的傍晚天空觀測
望、滿月幾乎圓形的月面大致在日落時升起,夜間可見
下弦約一半,此後減少適合在深夜到早晨附近觀測

3. 一圈的基準不同,一個月的長度也不同

月亮相對於遙遠恆星繞地球一圈,平均約需 27.3 天,稱為恆星月。但從一次朔到下一次朔,也就是回到相同月相的平均時間,稱為朔望月,約為 29.5 天。這不是將同一個週期採用不同方式四捨五入得到的兩個數字。相對於恆星的軌道位置是否回復,與相對於太陽的排列是否回復,是不同的問題。

這段期間,地球和月球也一起繞太陽移動。當月亮相對恆星完成一圈時,從地球所見的太陽方向已經改變,因此月亮還需要多走一段,才會形成相同月相。這使朔望月比恆星月長。這兩個數字描述平均週期,不代表每次朔望月都完全一樣長。也不能把日曆間隔一律固定為 29 天或 30 天,就預測下次滿月的精確時刻。

4. 月食需要不同於月相變化的排列條件

月食發生在滿月附近,當太陽、地球、月球的排列配合,使月球進入地球影子。這不表示平常眉月或半月的暗面就是地球的影子。NASA 的月食指南區分月球全部進入地球本影的月全食、僅一部分進入的月偏食,以及通過外圍半影的半影月食。半影月食的亮度變化可能難以察覺,也不是每次月食都會讓月亮完全消失。

月球軌道面相對於地球繞太陽的軌道面,大約傾斜 5 度。因此,即使滿月,月亮通常也從地球影子的上方或下方通過。月球通過兩個軌道面交線附近的條件,與滿月的排列同時配合,才可能發生月食。如果看到月相圖把太陽、地球、月球畫在同一平面,就斷言每月都有月食,便是把省略傾角的示意圖限制誤當成真實現象。

5. 分開確認明亮側的左右與日曆日期

在同一瞬間,從地球各地看到的月相,在實用上幾乎相同,但月亮的朝向會隨觀測位置而顯得不同。南北半球熟悉的月亮形狀可能彼此上下顛倒;即使在同一地點,相對地平線的傾斜角度也可能改變。因此,不能把「右邊亮就一定正在走向上弦」的規則直接套用到所有地區與照片。還要確認照片是否旋轉、光學裝置是否造成翻轉,並一起觀察明亮部分在數天中增加還是減少。

天文曆所列的滿月時刻是特定瞬間,但肉眼覺得月亮幾乎圓滿的夜晚,可能延續到前後幾天。若將該瞬間記為當地日期,不同時區也可能得到不同日期。例如作為解說的某日 18:00 UTC,在 UTC+9 地區就是翌日 03:00。這不是實際滿月預報,而是時間換算例。JPL 的月相日曆活動也註明表格使用的時區和適用地區。使用別國圖像或日曆前,應先確認年份、時區與觀測地區。

6. 分開記錄觀察事實與預期形狀

可以持續觀察月亮約一個月,一起記下日期、當地時間、地點、天空中的方向和明亮部分的形狀。可從日落後的同一地點開始,但整個週期的月亮並非每次都在相同時間看得到。沒看見的日子,記錄是否有雲、是否被建築擋住,以及觀測時間是否合適。不要立即把空白當成朔的證據。也不要為了尋找接近太陽的月亮,將雙筒望遠鏡或天文望遠鏡指向太陽。

假設虛構觀察筆記 A 寫著,某天傍晚在西方看到細月,數天後同一時間看到更厚的月亮。這與明亮比例增加的過程相符,但不是測得精確朔望月長度的資料。若另一份筆記 B 記錄一天沒看到月亮、隔天又看到了,也不能解讀為月亮本身在空白那一天消失。這兩份筆記是練習思考觀測條件的虛構案例,並非實際觀測天空的結果。

像 JPL 的月亮觀察日誌活動一樣,依序比較多天圖畫,較容易區分反覆變化和未能觀察的間隔。若事後以天文曆補上沒看見之日的形狀,應用不同記號區別直接觀察與預測。也要區分照片因曝光或雲層而變暗,與明亮面積實際減少。僅憑辨識月相順序的紀錄,無法決定月球距離或精確月食時刻。

依據與參考資料

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