چگونه فازهای ماه کار می‌کنند: علم پشت سیکل قمری

ماه نور خود را تولید نمی‌کند. آنچه مردم روی زمین آن را نور ماه می‌نامند، در واقع نور خورشیدی منعکس‌شده از سطح ماه است، بر اساس مدیریت مأموریت‌های علمی ناسا. در هر لحظه معین، خورشید دقیقاً نصف ماه را روشن می‌کند، درست مثل روشن‌کردن نصف زمین. بخشی از این نصف روشن که از زمین قابل‌دید است با دوران ماه در مدارش دائماً تغییر می‌کند، و این تغییر در زاویه دید، دنباله‌ای است که به نام فازهای ماه شناخته می‌شود.

چرا ماه بنظر تغییر شکل می‌دهد

بر اساس ناسا، علت فازهای ماه هندسه ساده است: موضع‌های نسبی خورشید، زمین و ماه هر روز با دوران ماه به دور زمین تغییر می‌کنند. زمانی که ماه بین زمین و خورشید قرار گیرد، جانب روشن آن از ما دور است و ماه نو را ایجاد می‌کند. تقریباً دو هفته بعد، زمانی که زمین بین خورشید و ماه قرار گیرد، کل جانب روشن به سمت زمین است و ماه کامل را ایجاد می‌کند. هر فازی بین این دو، زاویه دید متفاوتی از آن کره نیمه‌روشن را نشان می‌دهد.

ناسا همچنین توجه دارد که ماه به صورت جزر و مدی به زمین قفل شده است: بر روی محور خود در تقریباً همان زمانی که برای دوران به دور زمین لازم است می‌چرخد، بنابراین همان نیمکره ماه همیشه به سمت سیاره ما است. قفل جزر و مدی توضیح می‌دهد که چرا مردم روی زمین هرگز نیمکره دور ماه را نمی‌بینند، اما این یک پدیده جداگانه از هندسه خورشید-زمین-ماه است که فازها را تولید می‌کند.

هشت فاز شناخته‌شده

ناسا ماه قمری را توصیف می‌کند که شامل هشت فاز نام‌گذاری‌شده است، تقسیم‌شده به چهار فاز اولیه و چهار فاز میانی. فازهای اولیه — ماه نو، ربع اول، ماه کامل و ربع سوم (یا آخر) — در یک لحظه خاص و قابل محاسبه اتفاق می‌افتند. فازهای میانی انتقالات تدریجی بین آنها را توصیف می‌کنند.

• ماه نو — ماه بین زمین و خورشید است؛ جانب نزدیک روشن نیست.
• هلال روشن‌شونده — نواری نازک نور در سمت راست رشد می‌کند (دید نیمکره شمالی).
• ربع اول — نیمی از دیسک قابل‌دید روشن است؛ ماه 90° از خورشید در آسمان است.
• محدب روشن‌شونده — بیش از نیمی روشن است، ناحیه روشن هنوز رشد می‌کند.
• ماه کامل — زمین تقریباً بین خورشید و ماه است؛ کل جانب نزدیک روشن است.
• محدب تاریک‌شونده — بیش از نیمی روشن است، ناحیه روشن کاهش می‌یابد.
• ربع سوم (آخر) — نیمی دیگر از دیسک روشن است.
• هلال تاریک‌شونده — نواری نازک قبل از ماه نو بعدی باقی می‌ماند.

اصطلاحات روشن‌شونده و تاریک‌شونده به سادگی جهت را توصیف می‌کنند: روشن‌شونده به معنی بخش روشن رشد می‌کند، از ماه نو به سمت ماه کامل، در حالی که تاریک‌شونده به معنی آن است که کوچک می‌شود، از ماه کامل به سمت ماه نو، بر اساس توصیف ناسا.

چرا دور 29.5 روز طول می‌کشد، نه 27.3

دو عدد متفاوت حرکت ماه را توصیف می‌کنند، و اشتباه‌گیری بین آنها منبع رایج سردرگمی است. ماه نجمی — 27.32166 روز، یا 27 روز، 7 ساعت، 43 دقیقه و 12 ثانیه — مدت زمانی است که ماه برای تکمیل یک مدار نسبت به ستارگان ثابت نیاز دارد، بر اساس وب‌سایت خسوف ناسا در مرکز پرواز فضایی گودارد. ماه اقترانی — 29.53059 روز، یا 29 روز، 12 ساعت، 44 دقیقه و 3 ثانیه — مدت زمانی است که همان فاز (مثلاً از ماه نو به ماه نو) دوباره اتفاق بیافتد.

ماه اقترانی طولانی‌تر است زیرا خود زمین در حول خورشید می‌چرخد درحالی که ماه به دور زمین می‌گردد. پس از تکمیل یک مدار کامل 360° نسبت به ستارگان، ماه باید مسافت اضافی — تقریباً 2.2 روز اضافی — سفر کند تا به همان محاذاتی از خورشید-زمین-ماه برسد که از آن شروع کرده است، همانطور که وب‌سایت خسوف ناسا توضیح می‌دهد. این ماه اقترانی 29.5 روزه مبنای "ماه‌ها" در تقویم در بسیاری از فرهنگ‌ها و برای اختصار رایج است که یک دور قمری حدود 29.5 روز طول می‌کشد.

مدار ماه یک دایره کامل نیست

مسیری که ماه دور زمین می‌پیماید بیضی است با خروج از مرکز میانگین 0.0549، بر اساس وب‌سایت خسوف ناسا، یعنی فاصله زمین-ماه در طول هر مدار متغیر است. حضیض، نزدیک‌ترین نقطه، بین تقریباً 356,355 و 370,399 کیلومتر در طول پنج هزار سال گذشته متغیر بوده است، در حالی که اوج، دورترین نقطه، بین تقریباً 404,042 و 406,725 کیلومتر در همان دوره متغیر بوده است. یک دوره مداری جداگانه — ماه ناهنجاری، به میانگین 27.55455 روز — زمان را از حضیض به حضیض دیگر می‌سنجد.

صفحه مدار ماه نیز حدود 5.145° نسبت به صفحه مدار زمین دور خورشید (دائره‌البروج) متمایل است، بر اساس همان منبع ناسا. این تمایل دلیل‌یی است که خسوف خورشیدی و قمری هر ماه اتفاق نمی‌افتند، حتی اگرچه ماه‌های نو و کامل اتفاق بیفتند: ماه معمولاً کمی بالاتر یا پایین‌تر از خط خورشید-زمین عبور می‌کند. خسوف‌ها تنها می‌توانند در دو "فصل خسوف" سالی اتفاق بیفتند، زمانی که ماه نو یا کامل با عبور ماه از صفحه دائره‌البروج همزمان باشد، همانطور که صفحه هندسه خسوف ناسا توضیح می‌دهد.

فازها و جزر و مدهای اقیانوس

فازهای ماه نیز با یک الگوی جزر و مد قابل‌پیش‌بینی مطابقت دارند. سازمان ملی آمریکایی برای اقیانوس‌شناسی و جو (NOAA) توضیح می‌دهد که در طی ماه‌های نو و کامل — زمانی که خورشید، زمین و ماه تقریباً هم‌راستا هستند — کشش‌های گرانشی خورشید و ماه یکدیگر را تقویت می‌کنند، و "جزر بهاری" با جزر‌های عالی بالاتر و جزر‌های پایین پایین‌تر تولید می‌شود. در طی فازهای ربع اول و سوم، زمانی که کشش خورشید بر اقیانوس جزئیاً کشش ماه را لغو می‌کند، نتیجه "جزر نیپ" با دامنه کوچک‌تر است. هر دو جزر بهاری و جزر نیپ دو بار در هر ماه قمری اتفاق می‌افتند، بر اساس توجه NOAA.

آنچه یک "ماه آبی" محسوب می‌شود

از آنجایی که ماه اقترانی (حدود 29.5 روز) کوتاه‌تر از اکثر ماه‌های تقویمی است، گاهی اوقات دو ماه کامل در یک ماه تقویمی قرار می‌گیرند. وب‌سایت نشر علوم EarthSky، که توسط ستاره‌شناس دبوره بیرد اداره می‌شود، این را به عنوان تعریف مدرن و محبوب یک "ماه آبی" توصیف می‌کند. تعریف دوم و قدیمی‌تر — سومین ماه کامل در فصلی که دارای چهار ماه کامل است به‌جای سه معمول — از کتاب‌الاحزار کشاورزان مین در سال 1937 می‌آید. EarthSky نسخه اکنون رایج "دومین ماه کامل در یک ماه" را به یک مقاله سال 1946 در مجله Sky & Telescope توسط ستاره‌شناس آماتور جیمز هیو پروت نسبت می‌دهد، که قاعده فصلی کتاب‌الاحزار را غلط خواند. ماه‌های آبی ماهانه حدود هفت بار در هر 19 سال یا تقریباً هر دو تا سه سال تکرار می‌شود، بر اساس EarthSky.