“明月幾時有”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·（明月幾時有）》，成為中秋佳節(jié)時我們經(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。

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，因為兩顆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，開始形成一個獨立的天體。

天氣晴朗時，我們看到的天空會呈現(xiàn)出藍色。這是因為當(dāng)太陽光照射在地球上的大氣層時，與氣體分子碰撞會發(fā)生散射，散射時光線向各個方向傳播。由于藍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，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，而藍光則被過濾掉了。因此我們會看到天空此時呈現(xiàn)出紅色、橙色和黃色?？偟膩碚f，盡管藍色是我們通?？吹降奶炜疹伾?，但實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空觀，恰好與愛因斯坦相對論時空觀一致。愛因斯坦告訴我們，時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)量也就可以影響時間，因此在不同的引力場中，時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，就存在時間誤差，地球上的時間要比衛(wèi)星上的時間慢一些，只不過這種時間流速差距很小。

一個陰歷月里有一天月亮最圓，叫作“望”。但每月“望”的圓度都有細微差別。這是因為月球繞地軌道（白道）與地球繞日軌道（黃道）不在一個平面。根據(jù)農(nóng)歷歷法規(guī)定，月亮最圓時刻的“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，我們會看到月相的變化。

因為黃白交角的存在，并不是每個農(nóng)歷月都會發(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，且此時月球位于兩個平面的交點附近時才會發(fā)生日食或月食。在農(nóng)歷望日，月亮運行到和太陽相對的方向，這時如果地球和月亮的中心大致在同一條直線上，月亮就會進入地球的本影，產(chǎn)生月全食。如果只有部分月亮進入地球的本影，就會產(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《科普時報》，本刊有刪改）