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?
  同学们的回答或有其他问题,请发邮件到邮箱chinahou@bao.ac.cn和jswzkxsn2011@126.com,记得要写清你的联系信息(姓名、学校、电话等)哦,我们会按照你的要求及时回复!
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