“明月几时有”隐藏的科学奥秘

杨宏兵

900多年前诞生的一首《水调歌头·（明月几时有）》，成为中秋佳节时我们经常吟诵的诗篇。殊不知，这里面还包含着丰富的科学知识。

大约在44.5亿年前，最靠近太阳的第三颗较大的行星——地球遇上了前所未有的灾难。

一颗大小与火星相近的行星忒伊亚快速袭来，因为两颗行星的轨道形成交叉，一次巨大的撞击无可避免。这是一次惊天动地的相撞，撞击将两颗行星的地幔和地壳物质抛入附近的空间。当残留的冲击行星改变轨道离去之后，在地球的附近留下了大量的行星撞击碎块。随着时间的流逝，环绕在地球周围的物质逐渐聚合，开始形成一个独立的天体。

天气晴朗时，我们看到的天空会呈现出蓝色。这是因为当太阳光照射在地球上的大气层时，与气体分子碰撞会发生散射，散射时光线向各个方向传播。由于蓝光的波长比红光和黄光的波长短，这使得它们更容易与空气中的气体分子相互作用，因而更容易被散射。

天空的颜色还受到大气层厚度的影响。例如，在日落和日出时，太阳光线的角度更低，它需要穿过更多的大气层，这就导致了更多的散射和更长的光程，使得红光和橙光更容易被散射，而蓝光则被过滤掉了。因此我们会看到天空此时呈现出红色、橙色和黄色。总的来说，尽管蓝色是我们通常看到的天空颜色，但实际上它并不是天空唯一的颜色。

“今夕是何年”，苏轼的这句话超越了牛顿的绝对时空观，恰好与爱因斯坦相对论时空观一致。爱因斯坦告诉我们，时间和空间并不是绝对的，两者是相辅相成不可分割的。物体的质量可以影响空间，促使引力的产生，那么物体的质量也就可以影响时间，因此在不同的引力场中，時间的流速也是不同的。地球表面和围绕着地球旋转的卫星之间，就存在时间误差，地球上的时间要比卫星上的时间慢一些，只不过这种时间流速差距很小。

一个阴历月里有一天月亮最圆，叫作“望”。但每月“望”的圆度都有细微差别。这是因为月球绕地轨道（白道）与地球绕日轨道（黄道）不在一个平面。根据农历历法规定，月亮最圆时刻的“望”最早可发生在农历十四的晚上，最迟可出现在农历十七的早上，农历十五、十六这两天居多，其中又以农历十六为最多，所以，民间有“十五的月亮十六圆”的俗语。从2021年到2023年，连续3年，中秋都是“十五的月亮十五圆”，而2024年中秋，又回到“十五的月亮十六圆”。

月的圆缺可分为两类，一是月相的变化，二是月食。

月球本身不发光，我们看到的月光是来自太阳的反射光，反射光存在反射角度，当太阳、地球、月亮处于不同位置时，我们会看到月相的变化。

因为黄白交角的存在，并不是每个农历月都会发生日食或月食。只有当月球和太阳、地球位于同一直线上，且此时月球位于两个平面的交点附近时才会发生日食或月食。在农历望日，月亮运行到和太阳相对的方向，这时如果地球和月亮的中心大致在同一条直线上，月亮就会进入地球的本影，产生月全食。如果只有部分月亮进入地球的本影，就会产生月偏食。所以月食有月全食和月偏食两种。

（选自2023年9月29日《科普时报》，本刊有删改）