月球相位如何運作：月球周期背後的科學

月球本身不發出光。人們在地球上所說的月光是太陽光照在月球表面反射的光，根據美國航空航天局（NASA）科學任務局的說法。在任何特定時刻，太陽恰好照亮月球的一半，就像它照亮地球的一半一樣。從地球上看到的那個被照亮的一半的部分隨著月球沿著其軌道運行而不斷變化，這種變化的視角就是產生月相序列的原因。

為什麼月球看起來會改變形狀

根據美國航空航天局（NASA）的說法，月球相位的原因是簡單的幾何關係：當月球繞地球運行時，太陽、地球和月球的相對位置每天都在變化。當月球位於地球和太陽之間時，其被照亮的一面遠離我們，產生新月。大約兩週後，當地球位於太陽和月球之間時，整個被照亮的一面面向地球，產生滿月。介於兩者之間的每一個相位反映了同一個半被照亮球體的不同觀看角度。

美國航空航天局（NASA）也指出，月球與地球潮汐鎖定：它在自己的軸上旋轉的時間幾乎完全等於它繞地球公轉所需的時間，因此月球的同一半球始終面向我們的星球。潮汐鎖定解釋了為什麼地球上的人永遠看不到月球的遠側，但這是與產生月相的太陽-地球-月球幾何關係分開的現象。

八個公認的相位

美國航空航天局（NASA）將月球月份描述為包含八個命名的相位，分為四個主要相位和四個中間相位。主要相位——新月、上弦月、滿月和下弦月（或最後弦月）——發生在特定的、可計算的時刻。中間相位描述了它們之間的逐步過渡。

• 新月——月球位於地球和太陽之間；近側沒有照亮。
• 蛾眉月——光線的薄片在右側增長（北半球視圖）。
• 上弦月——可見圓盤的一半被照亮；月球在天空中距太陽90°。
• 盈凸月——超過一半被照亮，被照亮的面積仍在增長。
• 滿月——地球大致位於太陽和月球之間；整個近側都被照亮。
• 虧凸月——超過一半被照亮，被照亮的面積在縮小。
• 下弦月（最後弦月）——圓盤的另一半被照亮。
• 殘月——在下一個新月之前還剩下一絲薄片。

根據美國航空航天局（NASA）的描述，術語「盈」和「虧」簡單地描述方向：盈意味著照亮的部分在增長，從新月朝向滿月，而虧意味著它在縮小，從滿月返回新月。

為什麼週期是29.5天，而不是27.3天

兩個不同的數字描述月球的運動，混淆它們是常見的混淆來源。根據美國航空航天局（NASA）在戈達德太空飛行中心的日食網站，恆星月——27.32166天，或27天、7小時、43分鐘和12秒——是月球相對於恆星完成一個軌道所需的時間。朔望月——29.53059天，或29天、12小時、44分鐘和3秒——是相同的相位（例如，新月到新月）重複出現所需的時間。

朔望月更長，因為地球本身在繞太陽運行，而月球也在繞地球公轉。在相對於恆星完成完整的360°軌道後，月球必須再旅行一段額外的距離——大約2.2天的額外距離——以趕上它開始時的相同太陽-地球-月球排列，美國航空航天局（NASA）的日食網站解釋道。這個29.5天的朔望月是許多文化中日曆「月份」的基礎，也是月球週期持續約29.5天的常見簡寫。

月球的軌道不是完美的圓形

美國航空航天局（NASA）的日食網站指出，月球繞地球的路徑是一個平均離心率為0.0549的橢圓，這意味著地月距離在每個軌道中都不同。近地點（最近的點）在過去5000年中的範圍約為356,355至370,399公里，而遠地點（最遠的點）在同一時期的範圍約為404,042至406,725公里。一個單獨的軌道週期——異常月，平均為27.55455天——測量從一個近地點到下一個近地點的時間。

根據同一美國航空航天局（NASA）的資料，月球的軌道平面相對於地球繞太陽的軌道平面（黃道）也傾斜了約5.145°。這種傾斜是日食和月食不像新月和滿月那樣每月發生的原因：月球通常略微通過太陽-地球線上方或下方。根據美國航空航天局（NASA）的日食幾何頁面，日食只能在一年中的兩個「日食季節」期間發生，當新月或滿月與月球穿過黃道平面相重合時。

相位和海洋潮汐

月相也對應於可預測的潮汐模式。美國國家海洋和大氣管理局（NOAA）解釋說，在新月和滿月期間——當太陽、地球和月球幾乎排成一直線時——太陽和月球的重力相互加強，產生高潮更高、低潮更低的「大潮」。在上弦月和下弦月期間，當太陽對海洋的引力部分抵消月球的引力時，結果是範圍較小的「小潮」。美國國家海洋和大氣管理局（NOAA）指出，大潮和小潮都在每個月球月份中發生兩次。

什麼算作「藍月」

因為朔望月（約29.5天）比大多數日曆月份短，兩個滿月有時會在同一個日曆月份內發生。由天文學家黛博拉·伯德（Deborah Byrd）運營的科學推廣網站「地球天空」（EarthSky）將這描述為「藍月」的現代、流行定義。第二個更舊的定義——一個季節中的第三個滿月，該季節包含四個滿月而不是通常的三個——來自1937年的《緬因州農民年鑑》。「地球天空」（EarthSky）將現在常見的「一月份中的第二個滿月」版本追溯到業餘天文學家詹姆斯·休·普魯特（James Hugh Pruett）1946年在《天空和望遠鏡》雜誌上發表的文章，他誤讀了年鑑的季節規則。根據「地球天空」（EarthSky），月度藍月大約每19年出現七次，或大約每2到3年出現一次。