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月球相位如何形成以及为什么它们会驱动海洋潮汐

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要点

月球的相位变化是因为当月球绕地球运行时，太阳光照射到其表面的不同部分，而不是因为地球的阴影；一个完整的相位周期称为"朔望月"，平均为29.5天。同一个月球还以不均匀的引力拉动地球海洋，大约每24小时50分钟产生两次高潮和两次低潮，太阳在每月两次强化或削弱这种拉力。

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是什么使月球看起来改变形状

月球不产生自己的光。它反射太阳光，当它绕地球运行时，太阳、月球和地球之间的角度不断变化。根据NASA喷气推进实验室的数据，这种几何形状的变化意味着月球被照亮的一半的不同部分每晚都面向地球。这种可见的变化不是由地球的影子引起的；这只发生在月食期间。

从新月到新月的一个完整相位周期称为朔望月。美国海军天文台天文应用部门通过黄道上月球和太阳之间的角距离来精确定义这个月：新月在0度，上弦月在90度，满月在180度，下弦月在270度。这个周期的平均长度是29.5天。

按顺序排列的八个月相

  1. 新月——月球位于地球和太阳之间；面向地球的一侧没有被照亮
  2. 蛾眉月——光线的薄片在右边缘生长（对北半球观察者而言）
  3. 上弦月——月球圆盘的右半部分被照亮
  4. 盈凸月——超过一半被照亮，但还没有完全
  5. 满月——地球大致位于太阳和月球之间，所以整个可见面被照亮
  6. 亏凸月——被照亮的部分开始缩小
  7. 下弦月（第三季度）——左半部分被照亮
  8. 残月——在周期回到新月之前，保留一个薄弦

月球如何拉动地球海洋

潮汐不是由月球简单地向上拉动水引起的。NASA科学部门解释说，月球的重力在地球最近的一侧稍强，在远侧较弱。这种拉力的差异——称为潮汐力——将地球的水（及其固体部分，虽然程度很小）拉伸成细长形状，在面向月球的一侧产生水凸，在对侧产生第二个凸。

当地球在这两个凸起下旋转时，大多数海岸线在大约一天内经历两次高潮，然后是两次低潮。NOAA的国家环境卫星、数据和信息服务（NESDIS）指出，这大约每24小时50分钟产生两次高潮和两次低潮——比24小时的一天要长一点，因为月球本身也在其轨道上运动。

为什么有时潮汐更大：春潮和小潮

太阳也拉动地球的海洋，但因为它的距离大约是月球的390倍，NASA指出其潮汐生成力略少于月球的一半。该太阳引力是否加强或减弱月球的引力取决于三个天体的对齐，这以大约两周的节奏重复，与月相有关。

春潮与小潮
特征春潮小潮
发生时间满月或新月上弦月或下弦月
太阳-月球-地球对齐呈一直线（合朔）大致成直角
对引力的影响太阳和月球引力结合太阳引力部分抵消月球引力
产生的潮汐范围更高的高潮，更低的低潮高潮和低潮之间差异更小
频率大约每两周大约每两周，与春潮错开

NOAA和NASA都将春潮描述为在满月或新月相期间发生，此时地球、太阳和月球对齐，两个天体的引力效应结合。小潮大约一周后发生，在上弦月或下弦月左右，此时从地球看，太阳大致与月球成直角，部分抵消月球的引力，产生高潮和低潮之间的较小差距。

月球的重力拉动地球，它改变地球的质量，将其形状轻微扭曲成足球的形状——在赤道处拉长，在极地处缩短。

— NASA科学 (science.nasa.gov)

常见问题

一个完整的月球相位周期需要多长时间？
根据美国海军天文台的数据，从新月到新月的完整周期称为朔望月，平均为29.5天。
为什么一天有两次高潮而不是一次？
月球不均匀的引力拉动在地球面向月球的一侧造成水凸，在对侧造成第二个凸；当地球旋转通过两个凸起时，根据NOAA NESDIS，大多数海岸大约每24小时50分钟经历两次高潮和两次低潮。
太阳是否影响潮汐，还是仅限于月球？
两者都影响潮汐。NASA指出，由于太阳距离更远，其潮汐生成力略少于月球的一半，但它仍然在满月和新月期间强化潮汐（春潮），并在弦月期间削弱潮汐（小潮）。
春潮和小潮之间有什么区别？
春潮带来最高的高潮和最低的低潮，发生在满月或新月时，此时太阳、地球和月球对齐。小潮更温和，大约一周后发生，在上弦月或下弦月附近，此时太阳的引力部分抵消月球的引力。
地球上月球的影子是否导致其相位？
不。月球相位是由月球绕地球运行时其表面上太阳光照射角度的变化引起的，而不是由地球的影子引起的；地球的影子只在月食期间影响月球，这是一个单独的、罕见得多的事件。

来源

  1. NASA Science — Tides
  2. NOAA NESDIS — What Causes Tides?
  3. NASA JPL Edu — Moon Phases Lesson Plan
  4. U.S. Naval Observatory — Phases of the Moon FAQ

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