月球地平高度的變化規(guī)律解析

上海市北郊高級中學(xué)（200081） 周義欽

月球地平高度的變化規(guī)律解析

上海市北郊高級中學(xué)（200081） 周義欽

月相變化規(guī)律是高中地理教學(xué)中的一個(gè)難點(diǎn)。月相的出沒方位角和地平高度變化很大，而不是像太陽視運(yùn)動(dòng)那樣隨四季有規(guī)律地變化。但只要根據(jù)日、地、月三者的位置關(guān)系和運(yùn)動(dòng)特征，月球的地平高度變化還是有一些規(guī)律可尋的。

一、黃白交角對月球地平高度的影響

月球的軌道平面（白道面）與地球的公轉(zhuǎn)軌道平面（黃道面）始終保持著5°09′的夾角，簡稱黃白交角（如圖1所示）；而地球公轉(zhuǎn)軌道平面相對于天球赤道（垂直于地球自轉(zhuǎn)軸的平面）的傾斜角度大約是23°26′，簡稱黃赤交角。這樣，月球軌道面與天球赤道面也同樣斜交，并有著18．6年的交點(diǎn)變化周期。隨著日、地、月三者的位置變化，月球的赤緯不斷變化。月球的赤緯影響著月球的地平高度。在黃白交角與黃赤交角的疊加影響下（如圖2所示），月球赤緯的變化幅度在28°35′（23°26′+5°09′）至18°17′（23°26′-5°09′）之間。所以，由于黃白交角的存在，對同一地區(qū)而言，相對太陽的地平高度，月亮既可以升得較高（比當(dāng)?shù)匾荒曛械淖畲笳缣柛叨雀?°09′），也可以變得較低（比當(dāng)?shù)匾荒曛械淖钚≌缣柛叨鹊?°09′）。如上海（31°N）一年中的最大和最小正午太陽高度分別為82°26′、35°34′，則其月球的最大與最小地平高度理論上可達(dá)87°35′、30°26′。

圖1 月球軌道及黃白交角示意圖

圖2 月球赤緯變化示意圖

二、月球地平高度的月變化

月球除了周日視運(yùn)動(dòng)外，由于它圍繞地球每月公轉(zhuǎn)一周，地球上的觀測者還能看到它自西向東在星座之間移動(dòng)。由于月球軌道面與地球公轉(zhuǎn)軌道面斜交，在每個(gè)朔望月中，月球半個(gè)月處于黃道面以北，半個(gè)月在黃道面以南。月球交點(diǎn)是白道與黃道的軌道交點(diǎn)，其中的升交點(diǎn)是月球穿越黃道進(jìn)入北方的點(diǎn)，降交點(diǎn)是月球穿越黃道進(jìn)入南方的點(diǎn)。

因?yàn)榘椎篮芸拷S道，月球一月之內(nèi)在天球上運(yùn)動(dòng)的情況與太陽的周年視運(yùn)動(dòng)相類似。以北半球中緯度地區(qū)為例（如圖3所示），在春、秋分日的特殊情況下，當(dāng)新月時(shí)，月球的正午地平高度h1的值較小（比當(dāng)?shù)氐恼缣柛叨刃?°09′）；而當(dāng)滿月時(shí)，月球的子夜地平高度h2的值則較大（比當(dāng)?shù)氐恼缣柛叨燃s大5°09′）。在一個(gè)朔望月中（如圖4所示），如上弦月位于白道與黃道的升交點(diǎn)附近，則下弦月位于白道與黃道的降交點(diǎn)附近。這樣，自上弦月至下弦月，月球處于黃道面以北，月球的中天高度皆比當(dāng)?shù)氐恼缣柛叨纫?；自下弦月至上弦月，月球處于黃道面以南，月球的中天高度皆比當(dāng)?shù)氐恼缣柛叨纫　Ｈ缟舷以挛挥诮到稽c(diǎn)附近，下弦月位于升交點(diǎn)附近，則上述情況皆會(huì)反之。

由于受月球軌道面與天球赤道面交點(diǎn)變化周期的影響，導(dǎo)致每月的月球赤緯皆有變化，進(jìn)而形成每個(gè)朔望月的月球地平高度也有較大的差異。

圖4 朔望月變化示意圖

三、月球地平高度的季節(jié)變化

圖5 月球地平高度的季節(jié)變化示意圖

同理，隨著月球赤緯的季節(jié)變化，月球的地平高度有明顯的季節(jié)變化（如圖5所示）。地球沿黃道運(yùn)行，圖中的四個(gè)地球位置分別為一年中的二分二至日；月球沿白道運(yùn)行，其虛線表示位于地球軌道面下方的月球軌道面部分，白道上的兩個(gè)月球位置分別為新月和滿月。現(xiàn)以北半球中緯度地區(qū)的滿月為例。由于滿月時(shí)月球與太陽的赤經(jīng)相差180°，當(dāng)太陽在春分點(diǎn)時(shí)，滿月一定在秋分點(diǎn)附近；太陽在夏至點(diǎn)時(shí)，滿月一定在冬至點(diǎn)附近，反之亦然?？紤]到白道與黃道的交角較小，滿月時(shí)月球的最大地平高度大約為：90度-（地理緯度-月球赤緯）。這樣，春、秋分日前后，月球的赤緯約為0°，滿月的中天高度大約等于當(dāng)?shù)氐乩砭暥鹊挠嘟牵辉谙闹寥涨昂?，滿月時(shí)的月球赤緯為天赤道以南較大值，故其在北半球中緯度地區(qū)的中天高度很低，只相當(dāng)于冬至?xí)r當(dāng)?shù)氐恼缣柛叨?；而在冬至日前后，滿月時(shí)的月球赤緯為天赤道以北較大值，對北半球中緯度地區(qū)而言，滿月的中天高度卻很高，相當(dāng)于夏至?xí)r當(dāng)?shù)氐恼缣柛叨取?/p>

由上可見，滿月的中天高度的確有季節(jié)性規(guī)律。下列表1是由《壽星天文歷》查得的2012年滿月時(shí)的月球赤緯數(shù)據(jù)。從表1數(shù)據(jù)可看出，冬季滿月的月球赤緯較高，夏季正好反過來。

表1 2012年月球赤緯數(shù)據(jù)

根據(jù)表1可計(jì)算出2012年上海（北緯31度）滿月時(shí)的中天視角數(shù)據(jù)，如表2所示。

表2 2012年上海滿月時(shí)的中天高度

因此，在北半球的夏季，滿月的運(yùn)動(dòng)情況與冬季的太陽相似，從東南升起，在西南下落，中天高度較低，照耀時(shí)間較短；而新月的中天高度則較大，黎明時(shí)從東北升起，黃昏時(shí)從西北落下。冬季的滿月與夏季的太陽相似，從東北升起，在西北下落，中天高度較高，照耀的時(shí)間也較長；而新月的中天高度則較低，黎明時(shí)從東南升起，黃昏時(shí)從西南落下。其他月相也有類似的情況。月球平均每天東移約13°，因而升起的時(shí)間平均每天推遲50分鐘左右。

以上只是對北半球中緯度地區(qū)的月球地平高度的一般變化特點(diǎn)作一些淺顯的解析。由于地月系運(yùn)動(dòng)的復(fù)雜性，在一年的不同日期內(nèi)，月球的出沒方位角和中天高度變化很大，在實(shí)際研究中還需取得各種詳細(xì)參數(shù)，才能得到精確的結(jié)果，因此成為高中地理的主要難點(diǎn)之一。但只要我們本著科學(xué)的態(tài)度、探索的精神，就能對其中的相關(guān)規(guī)律有所認(rèn)識，這對增長我們的天文知識、增強(qiáng)空間想象能力和研究能力等，具有豐富的教育內(nèi)涵。