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白天看到太阳,晚上看到月亮,这似乎是天经地义的事,如果日月同辉的话,则是美好的象征。
但如果你平时仔细观察天空,你就会发现,“日月同辉”似乎也不是什么小概率的事件,算是较为常见的情景。
那么,有趣的问题是,为什么我们可以在白天看到月亮呢?
这个问题最简单的答案就是,月亮的出现,和白天晚上并没有关系,它和太阳一样,是由地球自转造成的,也会东升西落。
对于极圈外的观察者而言,一个朔望周期内(29.5天),月亮平均每天有差不多有12小时的时间在地平线以上——我们有机会可以观察到它。
但是,月亮在地平线上的12个小时,与太阳在地平线的12个小时是不一致的,所以在大多时候,即便白天,月亮也有一部分时间在天空中。
唯一一天月亮白天不会出现在天空中的是满月那一天,这天太阳和月亮正好在地球的两边且正对彼此,因此随着地球的自转,月亮会正好会在太阳落下时升起,完美错过彼此。
理论上,由于大气折射,太阳即便完全落下了我们依然可以看到它,或者说太阳会比地球自转带来的昼夜交替更慢的完全消失。
但是,这并不意味着我们可以满月这天同时看到月亮和太阳,因为月球的公转和地球自转方向一样,所以理论上月球升起的时间也比实际更慢,两者正好差不多彼此抵消。
所以,在满月这天,是真正我们几乎不可能看到月亮和太阳同时出现的一天。
另外一天,我们也看不到日月同辉,那就是新月的前一天——这天被称为月晦日,这天实际上太阳和月亮是同时出现在天空中的,只是我们无法看到月亮。
月晦日这天,太阳和月亮正好处在地球的同一边且彼此正对,所以在这一天,月亮和太阳是一起升起和落下的。
但是月亮被太阳照亮的部分是背对我们的那一面,所以我们肉眼无法看到月亮。但是我们可以借助一些工具看到,因为月亮距离地球很近,地球反射的太阳光也会照亮月亮。
看到这里,你可能会有一个疑问,满月的时候月亮正好在地球的后面,为什么我们还可以看到满月,而不是太阳光被地球遮挡掉?而月晦日的时候,太阳为什么没有被月亮遮挡?
为什么有满月?
其实,关于月相有一个典型的误解,很多人认为月亮的圆缺周期是由于地球的阴影造成的,其实月相是因为我们看到月球被照亮部分的多少决定的。
满月和月晦日时,太阳光确实有可能被地球或者月球阻挡,这种情况就是月食和日食了。
但很明显日食和月食不常有,这是因为月球的公转轨道横截面(白道)和地球公转的横截面(黄道)存在角度,同时地球和月球的距离足够远。
所以,即便月球在一个月中总会有一天正好在地球后面,我们也能看到它,而且这天可以看到月球的全部照亮部分,因此是满月。
月晦日也是相同道理,因为这个角度的存在,即便月亮出现在地球和太阳的中间,它也不会遮挡住太阳,只是我们看不到月球任何被照亮的部分。
但是,即便如此,太阳光依然有可能被遮挡并出现日食和月食,一年中会发生好几次,能否看到取决于你所在的位置。
了解了这些之后,我们回到开始的话题,既然大多时候白天也是有月亮的,为什么我们通常看不到它呢?
图:接下去一周我所在地区月升月落时间,你也可以查看自己所在地区月升月落
为什么有时候白天看不到月亮?
很多人会说这是太阳光太耀眼的缘故,确实是这样的,不过更重要的是大气层的存在,如果没有大气层,只要月亮出现在天空,即便在太阳光最耀眼的中午或者月晦日,我们也可以看到月亮。
大气中的气体粒子(主要是氮气和氧气)会散射波长较短的光,例如蓝光和紫光,这种散射使地球呈现出蓝色的天空,并让天空变得明亮。
如果我们想要在白天看到月亮,要么是天空变得不那么明亮,要么是月亮本身变得更亮。
图:月亮在地球地平线上出现的大气畸变
毫无疑问,满月前后是月亮是最亮的时候,而日出和黄昏则是天空最暗的时候。
满月前后的七天左右,正好符合这个条件,白天的月亮在清晨和黄昏出现,这个时间(满月前七天的黄昏和后七天的早晨)是最佳的观看日月同辉的时间。
虽然月亮只是反射太阳光,但是它距离我们还算近,所以显得非常明亮。
如果你仔细观察天空的话,一个朔望周期有25天我们都可以在白天看到月亮。
无法看到的那4-5天, 是新月前后的那几天,月亮本身很暗,同时又和太阳升起的时间差不多,两者距离太近,所以难以观察。