月球上的天文观测

郭红锋

中国科协第二届“寻找少年航天员”征文活动指导资料（4）

人类月球探测的长远目标是在月球上建立科学实验基地，甚至建立常驻人类的月球村。就天文观测来说，月球上没有大气扰动，没有光污染，可以安放大型固定天文仪器，所以月球上的天文观测条件比地球上任何地方，甚至比围绕地球运行的空间站都要好很多。在月球上观测到的天象与地球上有什么不同吗？

一、月球上观测太阳

月球作为地球的卫星，其在天空中的运动是围绕地球公转一周的同时也自转一周（27.3天），在此期间又跟随地球围绕太阳转动，日、地、月三者完成一个月相周期需要29.5天。而月球上的一昼夜（太阳升起一落下一再升起）就跟月相的周期一致。

我们把地球上相对太阳的计时系统叫太阳时间，月球上相对太阳的计时系统也可以叫月球上的太阳时间。那么，一个月球太阳日的周期就是在月球上看太阳升起落下（即一个昼夜）的周期，这就是前面说的29.5个地球日。所以，月球上的一昼夜要比地球上的一昼夜长得多。

月球的自转方向也是自西向东，所以在月球上也可以看到太阳的东升西落，但太阳在地平线上和地平线下的时间各是大约15个地球日。由于月亮上缺少大气，没有了折射作用，所以在月球上看到的太阳日出日落不泛红，可能比在地球上看到的还要小一点，但亮度要比地球上看更亮。

二、月球上观测地球

我们从地球上看太阳和月亮，其圆面大小差不多，原因是月亮直径比太阳直径小约400倍，但距离比太阳近约400倍。由于地球直径是月球直径的近4倍，所以我们在月球上可以看到大约4倍于月亮大小的地球悬挂在月空中。

在月球上，白昼和夜晚都能看见地球和其他星球。月球上的黑夜长达两周多，在漆黑的夜空中，你能够看见一轮硕大的“明亮地球”高挂在天空，亮度足足比我们在地球上看到的月光亮80倍。

虽然太阳能够自行发光，但是在月球上看到的太阳只是一个刺眼的小球体。而距离月球很近的地球就完全不一样了，地球就像是一个蓝色的巨大球体，漂浮在月球的上空一动不动，但有自转（几乎可以在一天之内看到地球上的所有板块），也有圆缺变化。我们都知道，月亮可以分为新月、弦月、凸月、满月等月相，那么在月球上看地球也有这种“地相”。

三、月球上观测日食

地球上看到的日月食，原理是月球的影子落到地球上，或地球的影子落到月球上。这是日、地、月三者之间的运动关系，该发生的时候就会发生，与站在哪里观测无关，只是观察者所在地能不能看到而已。

因此，在地球上发生日食的时候（农历初一），正是月球的影子落在地球上的时候，但因月球的直径比较小，影子面积也比较小，所以在月球上的夜晚可以看到明亮“满地”圆盘的某处有一个黑圆斑在移动（这就是地球上的日食帶）。

在地球上发生月食的时候（农历十五），正是地球的影子落在月球上的时候。但因地球的直径比较大，影子面积可以完全覆盖月球，所以月球上的白昼可以看到明亮太阳一点点躲到“黑圆盘”后面，几小时后又慢慢从“黑圆盘”的另一边出来。当太阳逐渐消失在地球背后，它会慢慢变红，光也越来越弱。到了日全食阶段，由于地球大气层的折射，月球上可以看到地球阴影的边缘——一个明亮的红色光弧，抑或是一个完整的红色光圈。而那个黑暗的大号圆盘，就是地球。

四、月球上观测太阳系天体

在地球上，由于大气层对太阳光的散射作用，太阳光弥漫到整个天球，天空呈现蔚蓝色，因此所有的星光都在白天被淹没。而月球表面不存在大气，也自然不会对太阳光进行散射。由于在月球表面上观测时，太阳光能影响的天区十分有限，所以白天除太阳附近外，也能看见满天星斗，这对观测那些长期在恒星背景中移动的行星非常有利。

在地球上，有些行星在白天出现时我们就无法观测，而在月球上就可以做到连续观测。所以，在月球上可以看到肉眼可见的明亮天体：太阳、水星、金星、地球、火星、木星、土星等都在天空中的罕见天象。特别是水星因为离太阳很近，在地球上很难观测，但在月球上却可以非常清楚地看到水星在太阳附近摆来摆去的踪迹。使用望远镜还可以看见太阳的全家福：太阳、水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星、海王星、某些矮行星、小行星、卫星、彗星以及黄道带上的其他太阳系天体等。