人类登月50年丨科学家爸爸告诉你,月亮有几副面孔


   18:00

  来源:博雅小学堂

人类登月50年丨科学家爸爸告诉你,月亮有几副面孔

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  1969年7月,美国阿波罗-11号成功登月,今年适逢人类登月50周年。

  博雅小学堂也有一个以时间为主线的内容科学家爸爸给孩子的人文科普课《时间之问》最新上线。

  今天我们就节选其中的一课,分享关于“月亮:夜空中的日历”的学习。

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  篮球上的弯月:夜空中的日历

  文 | 汪波

  夏日已入伏,蝉声不断,伴随着酷热笼罩在人们周围。又是一个外出的周末。

  周五晚上一家人开车来到了露营地。停好车后爸爸卸下帐篷,拎着走到露营地,开始支帐篷。

  帐篷支好后,却一时找不到固定钉。妈妈说,是不是落在车上了?爸爸一个人往停车场走去。

  妈妈拿出防潮地垫,铺在草地上,哥哥和妹妹坐在上面,一起等爸爸。

  树影之后,一弯明月悄悄露脸,挂在天空中。

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  哥哥看着天上的弯月,问道:“妈妈,今天是不是已经七夕了?”

  “我不记得了,到时候就知道了。”妈妈说。

  过了一会,爸爸终于回来了,妈妈看他手里空空的,便猜到了八九分。

  “会不会掉在路上的草丛里了?”妈妈问。

  “有可能,不过这么黑的天,不太好找。”爸爸说道。

  “我们来玩寻宝游戏吧!”妹妹突然跳起来喊道,“谁先找到固定钉,就奖励公主贴纸!”她想把一切都变成游戏。

  哥哥低着头还在想农历的事情,对贴纸不感兴趣。

  “我和你比赛!”妈妈拿了一个手电筒,妹妹高兴地一蹦一跳地到草地上仔细寻找。

  “爸爸,今天农历几号了?是不是快到七夕了?”哥哥继续问道。

  “你猜一下”。爸爸说道。

  “怎么猜呢?”

  爸爸指了指月亮。

  哥哥抬头看了看月亮,是一个细细的弯月。

  “今天肯定不是十五。”哥哥说道。

  “嗯,不错的开始。”爸爸捋了一把地上的草在手里,缓缓说道。

  “今天的月亮也没那么大,所以应该也不是十五附近的日子,比如从初八到二十二左右。”哥哥一边想,一边说。

  “不错!现在只剩下两头了。月初还是月尾?”爸爸问道。

  哥哥拿不定主意。他拿起一根树枝,在地上画了一个简图,看了半天,还是想不明白。

  今晚的月亮只有一小片,月光非常微弱,露营地四周昏暗。

  “我有一个主意能知道今天是农历几号”,爸爸说道,“我需要一个手电筒。”

  哥哥从背包里又找到一个手电筒,递给爸爸。

  “你和妹妹带球没有?足球、排球、篮球都可以。”爸爸问。

  “有一个小篮球。”哥哥翻了出来拿在手上。

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  用手电和篮球模拟月球上的光与影

  从不同角度看到不同大小的明亮区域,即月相

  “很好!”爸爸说完站到了几米之外,手里拿着手电筒。

  “假设我的手电筒是太阳,射出阳光,你手里的篮球是月亮,反射太阳的光。”爸爸说。

  “那我呢?”哥哥问。

  “你的头就是地球,你的眼看到的就是地球人看到的天空。”爸爸说。

  “明白,太阳!”哥哥说。

  “很好,地球!现在,你那里是黑夜。所以,请背对着我,因为对你来说太阳已经落山。”爸爸说。

  “明白,接下来呢?”哥哥背过身大声喊道。

  “手托着篮球,向你的前方伸展手臂,稍微高过头顶。”爸爸说,“一直保持这个姿势。”

  爸爸站在几米远外的地方,用手电筒照射着哥哥头顶的篮球。

  “现在,你看到了什么?”爸爸说道。

  “一个完全被光线照亮的篮球。”哥哥仰头对着篮球说道。

  “对,这就是一轮满月,我们现在是农历十五。”爸爸说道。

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  左图:农历十八;中图:农历十五(望);

  右图:农历十二 (非实际比例,下同)

  “为什么要把篮球举得高过头顶呢?”哥哥一边说,一边把篮球放低到头的位置。他的头刚好挡住了手电筒的光线。

  “那是因为月球轨道和地球轨道有一个小的夹角。如果没有夹角,就像你现在篮球和你的头在同一高度,每个月就会发生一次月食了。”爸爸说。

  “哦,原来如此。”哥哥说。

  “而且发生月食的时候,月亮的阴影和光亮的分界线是一个圆弧形,那刚好是地球的影子,也证明了地球是圆形的。”爸爸说。

  “现在,逆时针向左稍微转动身子,保持手臂伸直,你又看到什么?”爸爸的手电筒的光芒跟随着哥哥手中的篮球也移动了一点。

  “篮球的一边有了缺口,处在阴影里。月亮已经不圆了,右边有个阴影。”哥哥说道。

  “很好,月相亏了一些,所以又叫亏凸月,大约是农历十八

  “如果反方向顺时针旋转,就会跑到十五以前吧?我试试。”

  哥哥向右旋转,月亮回到原来的位置再次变圆。他继续向右旋转,月亮的左边出现了阴影。

  “对”,爸爸说,“这应该是十二左右。你注意到没有,‘月亮’现在是哪边亮?”

  “右边亮。”哥哥看了一眼篮球说道。

  “所以十五之前月亮应该是右边亮。我们现在应该是月初。”

  “是吗?能直接验证一下吗?”

  “好啊,我们先来到新月那一天,也就是完全看不到月亮的日子。那一天,月亮刚好在地球背面。”

  “怎么做才是新月的情景呢?”

  “你可以转过身来,面对太阳举起篮球,但是夜晚你的眼睛应该背向太阳。”

  “那我就什么也看不到了。”

  “对,这就是天文上的新月,中文叫“朔”,这一天完全看不到月亮。继续逆时针转一点,就来到了月初,会看到眉月。”

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  左图:月初眉月;中图:新月(朔);

  右图:月底残月

边。“果然是月初右边亮。”

边,这是月底的残月。

  这时妈妈和妹妹回来了。

  “妈妈,我有个好消息,我知道今天是农历几号了!大概是初三或者初四!”哥哥说道。

  “我们也有一个好消息给你们”,妹妹骄傲地对爸爸说,一边举起了手中的固定钉。“就在车子后备箱旁边的草地上”。

  “太好了!”爸爸接过固定钉,用锤头把它们打入地下,稳住帐篷。

  “你好,人肉万年历”,妈妈跟哥哥说,“跟我们讲一讲月亮到底是怎么变化的?”

  哥哥又与爸爸重新演示了一遍:

  “从新月开始,月亮先从右边变亮,从眉月到上弦月也就是半月,然后逐渐凸起,变成满月。然后在下半月里,从右边开始逐渐变暗,逐渐变成左边的半月和残月,最后回到新月。”

  哥哥说完了,妹妹的眼里充满崇敬。

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  月相从左到右依次是:1朔(新月)、2眉月、3上弦月、4盈凸月、和5满月,然后逐渐变小:6亏凸月、7下弦月、8残月和9晦

  “爸爸,我还有个问题”,哥哥问道,“为什么刚才我们要逆时针旋转?”

  “因为从北极上方的太空看地球和月亮,月亮就是逆时针绕着太阳转。”爸爸说道。

  “那南半球呢?”哥哥机敏地问道。

  “他们跟我们脚对脚,刚好相反。”爸爸说道。

  妹妹弯下腰,头朝下看着月亮,哥哥也学她。

  “现在月亮是左边亮!”哥哥说,“这么说,南半球的人此刻看到的月亮也是颠倒过来的,是左边亮?”

  “正是!”爸爸说道。

  “啊哈!同一个地球上的人,同一时刻看到的月相竟然是不一样的。”哥哥感慨到。

  “月相是最天然的日历,它指示日子,规定了团圆和庆祝的日子,每个人都能读懂这台日历。这台天上的日历循环一次就是一个月。”爸爸说。

  “那这一个月要多少天呢?”妹妹问道。

  “粗略讲是30天。但是如果每个月规定为30天,用不了多久就会出问题。月圆的日子离农历十五越来越晚,一年以后,月圆的日子就跑到了农历二十一左右,说明30天太长了。月亮圆缺一次介于29天和30天之间,大约是29天半。”爸爸说道。

  “这就是我们的阴历?”哥哥问。“那阳历呢?”

  “你要想知道阳历,现在赶快睡觉,明天一大早起来我告诉你。”爸爸说道。

  “为什么明天一大早要起来?”妹妹不满地问道。

  “到时你就知道了,5点就要起来。睡觉前,我要许一个愿,希望能实现。”爸爸说道。

  “什么愿望?”哥哥问道。

  “不能说哦,说了就不灵了。”爸爸说道。

  大家钻进帐篷里,睡下了。

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  知识盒子

  月相

  月相周期变化,构成了天然的日历。阴历十五月亮完全被照亮,称为“望”。

线,但由于太阳运行的黄道与月亮运行的白道[1]之间有夹角,相当于上文中举起篮球高过头顶,所以地球并没有把照射到月亮的光完全挡住,所以能看到满月。

  白道是指从地球角度看太阳在一年内在恒星背景中穿行的轨迹。注意白道不是太阳一天之内在天空中划过的轨迹。黄道是一个阴历月之内月亮在恒星背景中穿行的轨迹。注意黄道不是月亮在一夜之内在天空中划过的轨迹。

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  满月发生在“望”日

  但地球没有挡住照向月球的日光

  月食

笔直的线上,地球刚好挡住了照向月亮的光,或者说月亮进入到地球的影子里,形成月食。

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笔直的线上,月球进入到地球的影子里。

  同一类型月食重复的周期:沙罗周期

件:

  一是在“望”日,即太阳和月亮刚好位于地球的两侧,二是太阳和月亮位于白道和黄道的两个交点。前者出现的周期是29.53天,后者出现的周期是27.212天。

  二者同时出现的周期就是这两个数的最小公倍数,大约是6585.33天,即18年多一点,这个周期叫“沙罗周期”。

  如果今天发生了月食,那么经过一个沙罗周期,在地球上又可以见到同样类型的月食。注意:这里指的是下一次同类型的月食,而不是下一次月食。下一次月食并不需要等18年。

  正如您所看到的这篇文章一样,科学家爸爸汪波并不希望让孩子在枯燥中认识世界。

  在故事中融合科学,在旅程中认识万物规律,这是一部少有的融合科学与人文内涵的通识之作,它写给孩子,也写给爸爸妈妈。

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