月亮上的昼夜及其他天象

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中国探月工程进展迅速，人们对月球上的生活也越来越感兴趣，许多人问月球上有白天和黑夜吗？回答当然是肯定的，但要说月亮上的一昼夜是多长时间，回答正确的人就寥寥无几了。打开搜索网页，说月亮上一昼夜的时间是27.32天、28天、30天……回答比比皆是，其根据都是恒星月（即月球相对恒星自转一周，同时也围绕地球公转一周的时间周期27.32天）。但是，很少有人认真分析—下月亮上的昼夜原因和正确的昼夜间隔时间。

我们先要给出几个概念：

1.月亮相对恒星自转一周（同样也是月亮围绕地球公转一周）的时间周期为27.32天。

2.月相（就是月亮圆缺的变化）是因为月亮表面被太阳照亮的部分被地球人看到，又因为月亮围绕地球转的过程也跟随地球围绕太阳转，而日、地、月三者位置关系变化造成月相的变化。

3.月相变化一周（从某个月相到下一个同样的月相，如从一个满月到下一个满月）的时间周期为29.53天。

4.考虑月亮总是一面对着地球，也就是在地球上我们只能看到月亮的正面。

根据以上概念，我们来分析月亮上的昼夜时间。

假设有个人在月球上正对着地球的位置，即图1中1-1（午夜），那么他经过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），就完成了一个月亮上的昼夜交替，时间周期与地球上看到的月相周期一样，是29.52天（此处的“天”，是地球上的时间，一天等于24小时）。

图1中背对着地球的位置，1-2（正午日中），2-2（傍晚日落），3-2（午夜），4-2（早晨日出），经过的昼夜时间间隔是一样的，只是时间起始点不同，就如同地球上各地有时差一样。

图1中侧对着地球的位置，1-3（早晨日出），2-3（正午日中），3-3（傍晚日落），4-3（午夜），经过的昼夜时间间隔也是一样的。

图1中另一侧对着地球的位置1-4（傍晚日落），2-4（午夜），3-4（早晨日出），4-4（正午日中），經过的昼夜时间间隔也是一样的。

月亮一边围绕地球转，也跟着地球一起围绕太阳转，但昼夜与月相的变化都与他们相对太阳的位置有关，所以这种变化周期与朔望月的周期一样（见图2）。

另外，月亮运行轨道（白道）与黄道也有一个大约5度的倾角，所以在跟随地球围绕太阳运行的一年中，月亮上的昼夜长短跟地球上一样也有相应的变化（但因倾角很小，变化也很小）。

知道了月亮上的昼夜变化，你当然可以推演出：在月亮上看，太阳在天空中要走半个朔望月（差不多15天）才落下。而恒星呢，因为月亮上没有大气，天空中没有像地球那样的散射，所以白天不对着太阳的方向也是黑的，也可以看见星星。但在月亮上观察恒星，其视运动一周的时间是27.32天（就是月亮相对恒星自转一周的时间）。这跟在地球上观察太阳的视运动周期是24小时，恒星的视运动周期是23小时56分钟，其道理是一样的。

最奇妙的是从月亮上看地球。因为月亮总是一面对着地球，也就是在月亮上任何一个可以看见地球的位置观察地球，看到的地球都是在天空中位置不动的，但地球有自转，有圆缺变化（见图3）。

在月亮上观察地球圆缺变化的周期也是29.52天（参考图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，完成一个地球圆缺变化，周期与在地球上看月亮的朔望月周期一样）。

最后，给同学们留下一个思考的问题：

假如在月亮上用望远镜观察地球上的某一点（目标长时间在望远镜视场里不动），需要什么样的跟踪速度？

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