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天文学从最开始的天文观测、制定历法，发展到如今涵盖众多的学科，诸如物理学、化学、生物学、数学，等等等等。比如我们既观测火星，计算它的轨道周期；又会发射探测器，去分析它的大气构成、土壤成分；去寻找上面是否有生命；分析研究人类是否有可能定居火星；甚

我们还会拍摄关于火星的科幻电影。

上述这一切都是广义的天文学的范畴。而我们撰写天文学的科普文章，自然也会涉及到上述的方方面面。

今天，我们就从离我们最近的天体说起，那就是月亮，我们几乎天天都能看到的巨大天体｡

北半球所见满月标准照

Credit: Gregory H. Revera

由于月亮离我们如此之近，肉眼就能观测到许多的细节，自然古今中外就有了无数的关于月亮的描述。“山寺月中寻桂子，郡亭枕上看潮头。”读到这一句诗，你会觉得诗人用前半句描写月亮，然而阅读完此文，你会发现后半句亦与月亮有紧密的关系。

月相

关于月亮，最直观的天文现象便是月相，所谓月有阴晴圆缺。然而月相到底是怎样的，又为何是这样，你有想过吗？

小学的地理课本上就告诉过我们：上弦月前半夜出现在西部天空，月面朝西；下弦月后半夜出现在东部天空，月面朝东。甚至为了便于记忆，还有老师总结出上上西西，下下东东。然而死记硬背显然不是学习知识的好方法，这样的概括也未免过于粗糙。我们不妨来分析一下，为什么会出现这样的现象？

首先，首先我们知道月球本身不发光，我们看到月亮发光的部分是由太阳照亮。由于太阳离的较远，可以看作是平行光，因此月球被照亮的，永远只有半球。

月球、地球和太阳三者运行轨道的特征，导致月球出现在人们视野当中的时刻每日皆不相同。

月相示意图，请放大观看

Credit: HeshamGalal.com

如果黄昏（至前半夜）时你看到月亮，那么月球反光的一面，必然是朝西的那一面，也就是太阳落山的方向。而如果是清晨（包括后半夜）看到的月亮，反光面便是朝东。

月亮和太阳在天空中的位置，如果越近（夹角越小），我们能看到的发亮的部分就越小，最极端情况就是初一我们完全看不到月亮，这个时候月球、地球、太阳三者在一条直线，月球夹在中间。正午时刻月球正在我们的头顶上空，太阳照亮的月球的那一面我们完全看不到。而太阳和月球的夹角越大，我们能看到发光的部分就越大，极端的情况就是十五的满月。此时太阳和月球分列地球两侧，因此我们整夜都能看到浑圆的月亮。对了，其实月相每时每刻都在发生变化，因此每年八月十五赏月，总是有预报告知几时几刻月亮最圆，这也是是天文计算的结果。

观看动态请前往：

http://www.iwant2study.org/lookangejss/02_newtonianmechanics_7gravity/ejss_model_gravity01/gravity01_Simulation.xhtml

关于月相，还有一些人们不太注意的细节：

1、新月快要落山的时候，如果天气十分晴朗，肉眼完全能够看到月球阴影部分。

2、月相的形状，跟月全食每个阶段的变化规律相同么？

不变的面孔

说完月相，我们再来聊一聊月亮的另外一个特征，月相不管怎么变化，我们看到的月亮总是同样的一面（由于地球直径较大引起的视差，实际能看到的区域约为月球表面的59%）。

这是怎么造成的呢？书本上给我们的答案是：月球的自转和公转周期是一致的。进一步追问你会得到这是潮汐作用的结果（潮汐锁定）。

潮汐这个名词，听上去应该跟潮涨潮落有关，但是和月球的自转、公转周期有什么关系呢？

潮汐锁定

潮汐一词的来源，确实与潮水有关，潮水涨落是潮汐力的结果。那什么是潮汐力呢？

这要从万有引力说起（what does gravity do？）：当我们计算引力时，会把两个互相吸引的天体视为质点，即忽略天体的直径。然而当两个天体距离足够近时，其直径与天体之间的距离便不可忽略。

回到地月系统，地球直径约13,000km，而地月球心距约384,000km。根据万有引力公式可知，地球每一点受到的月球引力皆不相同，面向月球的区域（简称正面）引力远大于背朝月球的区域。这种引力的不同会将正面拉的隆起，背面推向地心。幸好地球表面大部分区域被海洋覆盖，而海水又比岩石容易拉扯变形的多，因此海水便在潮汐力的作用下潮涨潮落。

当然，实际情况比这个要复杂一些，如下图所示：