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又是一年中秋節(jié)，不知有多少小伙伴和小編一樣被疫情困在校園里呢？

好在疫情雖然能阻止家人之間的團(tuán)圓，卻阻止不了我們與明月的相聚。今年的月圓之夜正是在農(nóng)歷八月十五日中秋節(jié)當(dāng)天，小伙伴們別忘了與家人們共享這美好的月色。

俗話說“十五的月亮十六圓”，聽說今年竟然要“十五圓”了（月亮：我降價(jià)了）。這是怎么回事呢？別急，今天我們就來講講月亮的那些事兒。

實(shí)際上，“十五的月亮十六圓”只是古人通過觀察總結(jié)的規(guī)律。有人統(tǒng)計(jì)過，從公歷2005.1.1-2020.12.31共有198個(gè)滿月，日期分布如下：

（數(shù)據(jù)來源：參考資料【1】）

可以看到，滿月確實(shí)是在十六日這天出現(xiàn)最多，其次是十五日，但也會(huì)偶爾出現(xiàn)在十四、十七日。

月亮靠反射太陽光發(fā)亮，當(dāng)月亮與太陽處于不同的相對(duì)位置時(shí)，便會(huì)呈現(xiàn)出不同的形狀，這些不同的形狀便是月相。

為了更好地理解月相的變化，我們需要補(bǔ)充一些天文小知識(shí)。在天文學(xué)中，為了方便描述太陽系中天體的位置，有時(shí)會(huì)用到黃道坐標(biāo)系。把地球保持球心與自轉(zhuǎn)軸不變，無限放大后得到一個(gè)球體（天文學(xué)上稱之為天球），以黃道為基圈，以經(jīng)過春分點(diǎn)的黃經(jīng)圈為始圈, 以春分點(diǎn)為原點(diǎn)組成的天球坐標(biāo)系便是黃道坐標(biāo)系；可以簡(jiǎn)單理解成以黃道面為緯度0°重建的坐標(biāo)系。

來源：百度百科

黃道坐標(biāo)系的經(jīng)度叫做黃經(jīng)，兩個(gè)天體的黃經(jīng)的度數(shù)差便是黃經(jīng)差。

月相示意圖。  來源：sohu（有修改）

當(dāng)月球與太陽的黃經(jīng)差為0°時(shí)，月球恰好處在地球與太陽連線上，在地球上幾乎無法看到月亮，此時(shí)的月相稱為朔月，此時(shí)對(duì)應(yīng)農(nóng)歷的初一；

月球繞地球公轉(zhuǎn)，當(dāng)轉(zhuǎn)到月球與太陽黃經(jīng)差為90°和270°時(shí)，地月連線與地日連線垂直，恰好能看到一半的月亮，此時(shí)的月相為上弦月和下弦月，分別對(duì)應(yīng)農(nóng)歷的初八左右與二十三左右；

當(dāng)月球與太陽黃經(jīng)差為180°時(shí)，月球處在日地連線的延長(zhǎng)線上，此時(shí)能看到滿月，稱為望月，通常在農(nóng)歷十五左右出現(xiàn)。

從一個(gè)朔月到下一個(gè)朔月的變換周期為29.5天，稱為朔望月。農(nóng)歷上說的一個(gè)月指的就是一個(gè)朔望月。

“十五的月亮十六圓”，這其實(shí)與農(nóng)歷的設(shè)計(jì)有關(guān)。

古代人民以朔月出現(xiàn)的這一天作為初一，而月亮的軌道是個(gè)橢圓，從朔月到望月并不總是朔望月的一半，而是會(huì)根據(jù)月亮的位置略有增減，于是在十五日前后幾天都可能出現(xiàn)望月。

至于望月出現(xiàn)在十六日的概率最高，這同樣與初一的定義有關(guān)。

無論是凌晨還是深夜，只要朔月出現(xiàn)在這一天，都把這一天作為初一。

望月和朔月時(shí)間差的期望為14.75天，也就是說，只要朔月出現(xiàn)在初一的06：00以后（即初一已過了0.25天），望月出現(xiàn)的日期便大概率會(huì)來到十六日這天。這也就是“十五的月亮十六圓”的原因。

細(xì)心的小伙伴可能已經(jīng)想到了，月亮的公轉(zhuǎn)周期不是27.3天嗎？前面提到的29.5天的朔望月與公轉(zhuǎn)周期有什么區(qū)別呢？

這其實(shí)是同一個(gè)行星（或其它天體）根據(jù)不同的計(jì)算方式而得到的多種軌道周期。

朔望月的含義之前已經(jīng)做過解釋，對(duì)月球來說，還有兩種軌道周期較為經(jīng)常使用，一個(gè)是月球相對(duì)于一顆恒星來說的公轉(zhuǎn)周期，稱作恒星月，周期為27.3天；另一個(gè)是月球兩次經(jīng)過地球近地點(diǎn)的時(shí)間間隔，稱為近點(diǎn)月，周期為27.5天。類似的，地球有回歸年（365.242日）與恒星年（365.256日）。

朔望月與近地月原理演示圖。  來源：知乎@蘇月

上圖粗略展示了朔望月與近地月產(chǎn)生差異的原理。A、B兩點(diǎn)相對(duì)于地球位置相同，月球從A點(diǎn)到B點(diǎn)的時(shí)間間隔便是近地月。而由于地球公轉(zhuǎn)，當(dāng)月球運(yùn)動(dòng)至B點(diǎn)時(shí)，相對(duì)于太陽的位置與A點(diǎn)不同，還需要繼續(xù)運(yùn)動(dòng)到C點(diǎn)才能使相對(duì)位置與A點(diǎn)相同，從C點(diǎn)到B點(diǎn)的時(shí)間間隔便是朔望月。所以朔望月比近地月要多大約兩天。

近地月比恒星月長(zhǎng)的不同則是因?yàn)?strong>月球近地點(diǎn)東進(jìn)的影響，即在太陽引力的作用下，月球近地點(diǎn)每個(gè)月會(huì)有3°的向東移動(dòng)，這個(gè)移動(dòng)導(dǎo)致了近地月要比恒星月長(zhǎng)。

望月每個(gè)月都有，但中秋之夜的月亮總感覺更大更圓一些，這莫不是中秋的情懷加成？

其實(shí)這還真有一定的科學(xué)依據(jù)。中秋節(jié)正處于秋分前后，此時(shí)干冷空氣驅(qū)散云霧，白天秋高氣爽，晚上自然也會(huì)顯得月亮更大更圓一些。

但要說到月亮的大小，那一定繞不開“超級(jí)月亮”。月相之中，望月最大，當(dāng)望月遇上近地點(diǎn)，就能得到比平時(shí)看到月亮大12%-14%的超級(jí)月亮。當(dāng)然，科學(xué)家更喜歡稱之為近地點(diǎn)滿月。

由前面的介紹可以知道，月球的朔望月比近點(diǎn)月多兩天，在上一個(gè)近地點(diǎn)滿月之后，根據(jù)二者周期的最小公倍數(shù)，大約經(jīng)過14個(gè)望朔月（15個(gè)近點(diǎn)月）就又是一個(gè)近地點(diǎn)滿月，這樣超級(jí)月亮的出現(xiàn)周期便可大體估算為14個(gè)月。但實(shí)際上，因?yàn)榈降锥啻蟛潘愠?jí)月亮并沒有準(zhǔn)確的定義，很多接近近地點(diǎn)的滿月也被叫做了超級(jí)月亮，所以超級(jí)月亮的實(shí)際周期會(huì)與計(jì)算略有偏差。

2020年的超級(jí)月亮。來源：metro.co.uk

兩小兒辯斗。

一兒曰：“月初出大如車蓋，及月中則如盤盂，近者大而遠(yuǎn)者小，故月初出近，月中時(shí)遠(yuǎn)?！?/p>

一兒曰：“月初出涼而溫和，及月中則如觸冰，近者熱而遠(yuǎn)者涼，故月初出近，月中時(shí)遠(yuǎn)?！?/p>

孔子未至，而兩小兒達(dá)成共識(shí)，歡樂回家。

開個(gè)小玩笑。月球遠(yuǎn)近自然與月球在軌道上的位置有關(guān)，“月中”時(shí)冷也只是因?yàn)槿章浜蟮厍蚴崃慷鴽]有外來補(bǔ)充，但月亮在地平線附近看起來確實(shí)會(huì)更大一些，這是為什么呢？

月亮錯(cuò)覺原理圖。  來源：wordpress.com

這其實(shí)是典型的“月亮錯(cuò)覺”（moon illusion）現(xiàn)象。如上圖所示，當(dāng)我們?cè)诳吹仄骄€附近的月亮?xí)r，由于地平線等參照物的影響，我們會(huì)傾向于認(rèn)為月亮位置要比在天頂時(shí)更遠(yuǎn)；在這種判斷影響下，雖然投影在視網(wǎng)膜上的月亮圖像大小是一樣的，但是大腦為了補(bǔ)償這種判斷便會(huì)將地平線附近月亮的圖像放大。于是我們會(huì)感覺地平線附近的月亮更大一些。

利用“月亮錯(cuò)覺”拍出來的照片。  來源：wordpress.com

上述解釋其實(shí)就是“視距離”理論的一個(gè)應(yīng)用，同樣的應(yīng)用還有下圖，雖然“后面”的球看起來更大，但是實(shí)際上兩個(gè)球大小完全相同。（實(shí)際上，“后面”這個(gè)詞并不準(zhǔn)確，這種前后的空間感只是畫的布局所帶來的錯(cuò)覺，這里用左右來描述兩個(gè)球的位置會(huì)更準(zhǔn)確。）

來源：http://hboyaci.bilkent.edu.tr/Vision/

今年的望月出現(xiàn)時(shí)間是9月21日上午7時(shí)55分，很遺憾在這一時(shí)刻出現(xiàn)在白天，難道十五的圓月終究要錯(cuò)付了嗎？

讓我們來分析一下白天有沒有看到滿月的可能。

首先，日出月落的規(guī)律并非絕對(duì)，日月同輝也并不罕見。一般來說，初八前后下午的東南方位，二十三前后上午的西南方位就比較容易看到月亮。（想晚上看見太陽就只能讓周公來幫你了）

要在白天看到月亮有兩個(gè)條件：一是白天時(shí)月亮仍在地平線以上，且高度足夠高不被建筑阻擋；二是月亮的亮度足夠大，不會(huì)被太陽的光芒掩蓋。

白天的上弦月。