為什麼我們可以在白天看到月亮?
白天看到太陽,晚上看到月亮,這似乎是天經地義的事,如果日月同輝的話,則是美好的象徵。但如果你平常仔細觀察天空,就會發現,「日月同輝」似乎也不是什麼小機率的事件,算是較為常見的情景。
那麼,有趣的問題是,為什麼我們可以在白天看到月亮呢?
這個問題最簡單的答案就是,月亮的出現,和白天晚上並沒有關係,它和太陽一樣,是由地球自轉造成的,也會東升西落。
對於極圈外的觀察者而言,一個朔望週期內(29.5天),月亮平均每天有差不多有12小時的時間在地平線以上——我們有機會可以觀察到它。
但是,月亮在地平線上的12個小時,與太陽在地平線的12個小時是不一致的,所以在大多時候,即便白天,月亮也有一部分時間在天空中。
圖:簡單畫了下,滿月時,日、地、月的位置是這樣的
唯一一天月亮白天不會出現在天空中的是滿月那一天,這天太陽和月亮正好在地球的兩邊且正對彼此,因此隨著地球的自轉,月亮會正好會在太陽落下時升起,完美錯過彼此。
理論上,由於大氣折射,太陽即便完全落下了我們依然可以看到它,或者說太陽會比地球自轉帶來的晝夜交替更慢的完全消失。
但是,這並不意味著我們可以滿月這一天同時看到月亮和太陽,因為月球的公轉和地球自轉方向一樣,所以理論上月球升起的時間也比實際更慢,兩者正好差不多彼此抵消。
所以,在滿月這天,是真正我們幾乎不可能看到月亮和太陽同時出現的一天。
圖:月相變化情況
另外一天,我們也看不到日月同輝,那就是新月的前一天──這天被稱為月晦日,這天其實太陽和月亮是同時出現在天空中的,只是我們無法看到月亮。
月晦日這天,太陽和月亮正好處在地球的同一邊且彼此正對,所以在這一天,月亮和太陽是一起升起和落下的。
但是月亮被太陽照亮的部分是背對我們的那一面,所以我們肉眼無法看到月亮。但是我們可以藉助一些工具看到,因為月亮離地球很近,地球反射的太陽光也會照亮月亮。
看到這裡,你可能會有一個疑問,滿月的時候月亮正好在地球的後面,為什麼我們還可以看到滿月,而不是太陽光被地球遮擋掉?而月晦日的時候,太陽為什麼沒有被月亮遮擋?
為什麼有滿月?
其實,關於月相有一個典型的誤解,很多人認為月亮的圓缺週期是由於地球的陰影造成的,其實月相是因為我們看到月球被照亮部分的多少決定的。
滿月和月晦日時,太陽光確實有可能被地球或月球阻擋,這種情況就是月食和日食了。
但很明顯日食和月食不常有,這是因為月球的公轉軌道橫截面(白道)和地球公轉的橫截面(黃道)存在角度,同時地球和月球的距離足夠遠。
所以,即便月球在一個月中總會有一天正好在地球後面,我們也能看到它,而且這天可以看到月球的全部照亮部分,因此是滿月。
月晦日也是相同道理,因為這個角度的存在,即便月亮出現在地球和太陽的中間,它也不會遮擋住太陽,只是我們看不到月球任何被照亮的部分。
但是,即便如此,太陽光依然有可能被遮擋並出現日食和月食,一年中會發生好幾次,能否看到取決於你所在的位置。
了解了這些之後,我們回到開始的話題,既然大多時候白天也是有月亮的,為什麼我們通常看不到它呢?
圖:接下去一週我所在地區月升月落時間,你也可以查看自己所在地區月升月落
為什麼有時候白天看不到月亮?
很多人會說這是太陽光太耀眼的緣故,確實是這樣的,不過更重要的是大氣層的存在,如果沒有大氣層,只要月亮出現在天空,即便在太陽光最耀眼的中午或者月晦日,我們也可以看到月亮。
大氣中的氣體粒子(主要是氮氣和氧氣)會散射波長較短的光,例如藍光和紫光,這種散射使地球呈現出藍色的天空,並讓天空變得明亮。
如果我們想要在白天看到月亮,要么是天空變得不那麼明亮,要么是月亮本身變得更亮。
圖:月亮在地球地平線上出現的大氣畸變
毫無疑問,滿月前後是月亮是最亮的時候,而日出和黃昏則是天空最暗的時候。
滿月前後的七天左右,正好符合這個條件,白天的月亮在清晨和黃昏出現,這個時間(滿月前七天的黃昏和後七天的早晨)是最佳的觀看日月同輝的時間。
雖然月亮只是反射太陽光,但是它距離我們還算近,所以顯得非常明亮。
如果你仔細觀察天空的話,一個朔望週期有25天我們都可以在白天看到月亮。
看不見的那4-5天, 是新月前後的那幾天,月亮本身很暗,同時又和太陽升起的時間差不多,兩者距離太近,所以難以觀察。