太阳和月亮真的是从东方升起的吗？

天文学是人们所知最古老的科学。然而，正是这般长久的相识，使得我们经常觉得有些天文现象太过于常见而显得微不足道：比如太阳升于东方而落于西方——恐怕没有比这更为显而易见的事情了吧？毕竟它每天都在我们的生活里自然地发生着。

实际上，真相根本不如人们所想！

             日出和日落看起来十分寻常，但其中仍蕴藏着丰富的天文知识。（图源：Shutterstock）

 

太阳何时落于西方升于东方呢？

 

首先，从严格意义上来说，一年中仅有两天太阳是恰好升于正东又落于正西的。

日出和日落是由于地球的逆时针方向自转（从北极上空俯瞰）产生的。而只有当我们在地球表面绕行的圆形轨道恰好被分为两等分，即一半在光面、另一半在暗面时，太阳才会恰好在正东升起，正西落下。此时，地球的自转轴相较于它的轨道面倾斜23.5°，而这样的排列只会发生在春分日和秋分日。

             地球的倾斜使得每年只有两天太阳恰好能从正东升起。（图源：Wikimedia Commons）

在每一个分点，分离了地球的白昼侧、黑夜侧的轨道面也会将北极与南极包含在内。在除了春分和秋分这两个分点以外的任何一天，这个轨道面都是歪斜的。并且，地球自转的圆形路径不均等地穿过地球的光照侧边与黑暗侧边。因此，白昼与黑夜的时间长度并不相同，日出和日落在地平面上的位置更是有着很大的差异。

             

月球围绕地球运行的轨道与地球的轨道平面形成了一个大约5°的夹角。因此，地球的自转轴相对于月球的轨道平面倾斜了大约28.5°。同时，当月球在其轨道上运行时，月出也会在正东偏北与偏南之间转换。

 

             

正如地球围绕太阳运行的轨道是倾斜的一样，月球围绕地球运行的轨道也是倾斜的。（图中非精确数据）（图源：NASA / Wikimedia Commons）

 

然而在这种情况下，这种变化的周期并非是一年，而大约是一个月。地球必须在轨道上完整地运行一周，才能使得太阳直射点到达它的极限，即在夏至时从最远端的东北升起，在冬至时从最远端的东南升起。月球亦然，它同样必须围绕地球完整地运行一周，才会到达月出和月没的极限位置。

             

一个有趣的现象：每天月亮升起的时间与前一天不同。（图源:Astronomy Magazine）

由于地球和月球都在各自的轨道上运行，月出每天都会比前一天更晚发生。正如从北极上方看地球逆时针旋转一样，月球也在围绕着地球逆时针公转。因此，每一次地球相对于一颗恒星旋转了360°，即经历了一个恒星日时（共23 个小时 56 分钟），月球只在公转轨道上移动了一小段距离。而当月球相对于恒星每27.32天围绕地球公转一周时，标志着一个恒星月的完成。所以月球在每一个恒星日移动了(360/27.32)度，即大约13°。而地球在每个恒星日旋转360°，所以月球每天需要多花费13*(23.9/360)小时 ，即52分钟去弥补这余下的13°的角度差。也因此，每一次月出都要比上一次晚约52分钟。

 

由于月相同样取决于它同地球和太阳的相对位置，因此其相位也会随着月出和月没的时间而发生改变。

             月出和月没的秘密也同样值得我们探究。（图源： S&T Online Photo Gallery ）

作者: skyandtelescope

FY: 在树冠层沐浴阳光

如有相关内容侵权，请于三十日以内联系作者删除

转载还请取得授权，并注意保持完整性和注明出处