“明月幾時(shí)有”隱藏的科學(xué)奧秘

楊宏兵

900多年前誕生的一首《水調(diào)歌頭·（明月幾時(shí)有）》，成為中秋佳節(jié)時(shí)我們經(jīng)常吟誦的詩篇。殊不知，這里面還包含著豐富的科學(xué)知識(shí)。

大約在44.5億年前，最靠近太陽的第三顆較大的行星——地球遇上了前所未有的災(zāi)難。

一顆大小與火星相近的行星忒伊亞快速襲來，因?yàn)閮深w行星的軌道形成交叉，一次巨大的撞擊無可避免。這是一次驚天動(dòng)地的相撞，撞擊將兩顆行星的地幔和地殼物質(zhì)拋入附近的空間。當(dāng)殘留的沖擊行星改變軌道離去之后，在地球的附近留下了大量的行星撞擊碎塊。隨著時(shí)間的流逝，環(huán)繞在地球周圍的物質(zhì)逐漸聚合，開始形成一個(gè)獨(dú)立的天體。

天氣晴朗時(shí)，我們看到的天空會(huì)呈現(xiàn)出藍(lán)色。這是因?yàn)楫?dāng)太陽光照射在地球上的大氣層時(shí)，與氣體分子碰撞會(huì)發(fā)生散射，散射時(shí)光線向各個(gè)方向傳播。由于藍(lán)光的波長比紅光和黃光的波長短，這使得它們更容易與空氣中的氣體分子相互作用，因而更容易被散射。

天空的顏色還受到大氣層厚度的影響。例如，在日落和日出時(shí)，太陽光線的角度更低，它需要穿過更多的大氣層，這就導(dǎo)致了更多的散射和更長的光程，使得紅光和橙光更容易被散射，而藍(lán)光則被過濾掉了。因此我們會(huì)看到天空此時(shí)呈現(xiàn)出紅色、橙色和黃色。總的來說，盡管藍(lán)色是我們通常看到的天空顏色，但實(shí)際上它并不是天空唯一的顏色。

“今夕是何年”，蘇軾的這句話超越了牛頓的絕對時(shí)空觀，恰好與愛因斯坦相對論時(shí)空觀一致。愛因斯坦告訴我們，時(shí)間和空間并不是絕對的，兩者是相輔相成不可分割的。物體的質(zhì)量可以影響空間，促使引力的產(chǎn)生，那么物體的質(zhì)量也就可以影響時(shí)間，因此在不同的引力場中，時(shí)間的流速也是不同的。地球表面和圍繞著地球旋轉(zhuǎn)的衛(wèi)星之間，就存在時(shí)間誤差，地球上的時(shí)間要比衛(wèi)星上的時(shí)間慢一些，只不過這種時(shí)間流速差距很小。

一個(gè)陰歷月里有一天月亮最圓，叫作“望”。但每月“望”的圓度都有細(xì)微差別。這是因?yàn)樵虑蚶@地軌道（白道）與地球繞日軌道（黃道）不在一個(gè)平面。根據(jù)農(nóng)歷歷法規(guī)定，月亮最圓時(shí)刻的“望”最早可發(fā)生在農(nóng)歷十四的晚上，最遲可出現(xiàn)在農(nóng)歷十七的早上，農(nóng)歷十五、十六這兩天居多，其中又以農(nóng)歷十六為最多，所以，民間有“十五的月亮十六圓”的俗語。從2021年到2023年，連續(xù)3年，中秋都是“十五的月亮十五圓”，而2024年中秋，又回到“十五的月亮十六圓”。

月的圓缺可分為兩類，一是月相的變化，二是月食。

月球本身不發(fā)光，我們看到的月光是來自太陽的反射光，反射光存在反射角度，當(dāng)太陽、地球、月亮處于不同位置時(shí)，我們會(huì)看到月相的變化。

因?yàn)辄S白交角的存在，并不是每個(gè)農(nóng)歷月都會(huì)發(fā)生日食或月食。只有當(dāng)月球和太陽、地球位于同一直線上，且此時(shí)月球位于兩個(gè)平面的交點(diǎn)附近時(shí)才會(huì)發(fā)生日食或月食。在農(nóng)歷望日，月亮運(yùn)行到和太陽相對的方向，這時(shí)如果地球和月亮的中心大致在同一條直線上，月亮就會(huì)進(jìn)入地球的本影，產(chǎn)生月全食。如果只有部分月亮進(jìn)入地球的本影，就會(huì)產(chǎn)生月偏食。所以月食有月全食和月偏食兩種。

（選自2023年9月29日《科普時(shí)報(bào)》，本刊有刪改）