APP “明月几时有？把酒问青天。”
948年前的中秋节，苏东坡挥笔写下不朽的《水调歌头·明月几时有》。
月亮或许是诗人和艺术家最爱观察的对象之一，从古至今关于月亮的艺术作品不胜枚举。而如果我们用科学的眼光重新去看待月亮，可能会发现它另外一种魅力。
今年中秋节，就让我们在赏月的同时，从科学的角度出发，重新去认识一下月球。
01月球，哪来的？
作为地球唯一的天然卫星，月球与地球朝夕相伴。但如此熟悉的月球，很长时间里人类却连一个最基本的问题，也就是“月球如何形成，与地球是何种关系”一直都没有定论。
科学家们经过不断的研究和分析，最终形成了三种具有代表性的观点，分别是“夫妻说”“子女说”和“兄弟说”。
夫妻说：有科学家猜想，月球此前可能是太阳系或外星系的一颗行星，在流浪的过程中恰好落入地球的引力场，被地球“俘获”从而成为其卫星。
子女说：这一种理论认为，月球原本是地球的一部分，后来是受到外来行星的冲击而向太空中抛出了大量的物质，冷却之后再慢慢形成了月球。
兄弟说：还有科学家认为，地球和月球都是在宇宙大爆炸后由同一块星云形成的，但后续二者没能继续融合成为一个整体，而是被扯成了两块，各自独立形成了天体。由于地球的体积和重量远大于月球，所以月球最终成了地球的卫星。
图源：Pixabay
三种假说似乎都能“自圆其说”，长期以来也都是谁也说服不了谁。随着天文学的不断发展，人类观察和探索月球的方式也在不断进步。因此，不管以上的哪种理论，最重要的都是需要符合关于月球的基本事实：
月球的直径大约是地球的1/4，质量约为地球的1/81，月球的平均密度为3.34g/cm³，只有地球平均密度的60％。月球的自转与公转同步，由于被地球的引力吸引，产生了潮汐锁定，所以月球只会以同一面朝向地球，并且月球公转平面与地球的赤道面并不一致。
由于月球表面大气非常稀薄，所以陨石很容易穿越大气撞击月球表面形成陨石坑。同样的原因，导致太阳辐射很容易让水分子分解消失，所以月球的表面不存在液态水，但月球的内部很有可能会储存着水。
到了1969年，随着美国“阿波罗计划”将宇航员送到了月球，并且陆陆续续将很多月壤送回地球，人们对于月球有了更加深入的认知，也逐渐在3种假说的基础上产生了新的月球起源理论。
月球的形成，还要从地球开始说起。大约在距今45亿年前，此时地球也刚刚形成不久，还是一个处于熔融状态的火球。一个巨大的、如火星般大小的天体，与年轻的地球发生了撞击，大量的物质脱离了地球的引力，这些碎片经过长年累月的积累又重新汇聚，这就成为了今天的月球。
虽然还有很多细节值得研究，但这种撞击理论可以完美匹配月壤的组成成分，也符合绝大多数月球的性质。至此，人类也终于初步搞清楚了“月球从哪里来”这个问题。
02月球奇观，怎么回事？
“人有悲欢离合，月有阴晴圆缺。”我们的祖先很早就发现了月球会随着时间的变化，产生有规律的月相变化。东西方的古人都结合了月相的规律制定出历法，来满足生产生活需要。
除了常规的月相之外，月球还会有一些很特殊的天文现象，就比如月食。当太阳、地球和月球运动到同一条直线，并且地球恰好在中间的时候，此时由于地球的遮挡，月球的形状或颜色就会发生变化，形成独特的月食。
根据地球的影子遮盖月球的不同，月食一般会分为月全食、月偏食和半影月食。在太阳系中，能够形成月食现象的行星非常少见，能够形成月全食现象的更是只有地球而已。
之所以如此罕见，主要是因为太阳和月球的“大小”非常契合：太阳的直径大约是月球的400倍，而太阳到地球的距离也恰好是月球的400倍左右。二者的“此消彼长”就让太阳和月球在天空中看上去是差不多大小。这样独特的距离，才能造就月全食的现象，也就是地球精准对齐，整个月球恰好进入到地球的影子里。
在月全食的时候，还会有更神奇的现象，这就是血月。由于地球并不能完全把太阳遮住，还是有部分的太阳光通过月球的反射传回地球。由于地球大气层的过滤，只有穿透力强的红光能透过大气层，此时地面上的我们就会看到血红色的月亮。
古代人不明白血月的道理，所以常常会把它视为不祥的征兆。但今天的我们已经完全清楚了血月形成的机理，只会对这种“异象”拭目以待，毕竟这种天文现象可是难得一见的。
除了血月，还有所谓“蓝月亮”的说法。蓝月亮，并不是肉眼可以看到蓝色调的月亮，而是指天文历法中的一种特殊现象。当一个公历自然月出现两次满月的时候，第二个满月就会被称为“蓝月亮”。
一个自然月通常是30或31天，而满月则是每隔29.5天出现一次。正因为有了时间差，所以平均每2.4年就会出现一次蓝月亮。这个词在西方常被用作表达“罕见的事”，如果换成中国的一个俚语，或许你就更好理解了，那就是“太阳打西边儿出来了”。
除此之外，“超级月亮”也是经常会被提及的词汇。其实超级月亮最开始并不是天文学上的术语，只是一位星座作家在杂志上，为了描述“满月或新月在其最接近地球的90％范围内”的这个概念。不过因为这种说法听起来很酷，大家也乐意接受，甚至连美国国家航空航天局（NASA）也都承认了这种说法。
按照现在天文学的角度，“超级月亮”可以简单理解为“近地点满月”，因为月球围绕地球旋转的轨道是一个椭圆形，自然有的时候距离地球近一些，有的时候远一些。当满月的时候月球恰好处于近地点附近时，由于距离更近，所以月球就会看起来更大一些，因此就被称为“超级月亮”了。这种现象可不算太罕见的天象，一年少则一两次，多则三四次，所以我们才能经常听到关于“超级月亮”的新闻。
03白天也能看见月亮？
我们中秋赏月，自然是在晚上。但很多时候，好像我们在白天也能看到月球的踪迹，这又是为什么呢？
其实这也是和月相有关。在一个农历月的周期中，当满月的时候，就比如在中秋节，太阳、月球和地球排成一条直线，此时我们可以先后看到“日落西山”和“月出于东山之上”的现象。随着时间的流逝，月球的方向会越来越靠近太阳。到了初一前后，月升看起来就几乎和日落同时。
这种现象产生的结果，就是在晚上月亮会变得不那么清晰，但是在白天反而更容易看到。由于地球在不断地旋转，在24个小时中月球出现在地平线上的时间约为12个小时，从初一到满月的阶段，月球出现在地平线之上总会有一些时间和太阳重合，所以我们就能看到“日月同辉”的现象了。这种情况非常常见，只不过有的时候太阳太亮了或者云层太厚，就把月球给遮住了。
那么为何我们能在白天看到月球，却看不到星星呢？这主要还是因为恒星距离地球太远了，与太阳的亮度相差悬殊，再加上大气层的阻挡就在白天看不到星星了。虽然月球本身不发光，照射到月球表面的太阳光也只有约3％被反射，但这些光就足以让月亮显得皎洁明澈了。有意思的是，登陆月球的探测器，就比如玉兔号月球车，它即使是在白天依然能“看到”满天繁星。这主要就是因为月球的大气层太稀薄了，不足以阻挡星光。
目前我国的探月工程已经完成了六次月球探测任务，从嫦娥一号到嫦娥六号，我国完成了从拍摄全月球影像图，到人类首次从月球背面采集月壤带回地球的巨大突破。我们对于月球愈发了解，或许未来人类真的能在月球上定居，“起舞弄清影，何似在人间”也不再只是词人的想象了。
04结语
“江畔何人初见月？江月何年初照人？”在人类的历史尺度下，古人和我们看见的月亮几乎没有什么变化，但其实月球正在慢慢地远离地球。假如把时间放大，再过上6亿年，月球将无法完全遮住太阳。到那个时候，日全食将再也不会发生，很多其他的天文现象也都会有明显的变化。
图源：Pixabay
也不知道那时候还有没有人类，也不知道那时候的人类是否还会赏月。不过那毕竟太遥远了，还是让我们在这个中秋节愉快地吃月饼，享受月亮带给我们的“千里共婵娟”吧。
供稿单位：重庆科技馆
作者：花园里的卡西莫多，科普工作者。
审核专家：李春藜
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