太陽和月亮真的是從東方升起的嗎？

天文學是人們所知最古老的科學。然而，正是這般長久的相識，使得我們經常覺得有些天文現象太過於常見而顯得微不足道：比如太陽升於東方而落於西方——恐怕沒有比這更為顯而易見的事情了吧？畢竟它每天都在我們的生活裡自然地發生著。

實際上，真相根本不如人們所想！

日出和日落看起來十分尋常，但其中仍蘊藏著豐富的天文知識。（圖源：Shutterstock）

太陽何時落於西方升於東方呢？

首先，從嚴格意義上來說，一年中僅有兩天太陽是恰好升於正東又落於正西的。

日出和日落是由於地球的逆時針方向自轉（從北極上空俯瞰）產生的。而只有當我們在地球表面繞行的圓形軌道恰好被分為兩等分，即一半在光面、另一半在暗面時，太陽才會恰好在正東升起，正西落下。此時，地球的自轉軸相較於它的軌道面傾斜23.5°，而這樣的排列只會發生在春分日和秋分日。

地球的傾斜使得每年只有兩天太陽恰好能從正東升起。（圖源：Wikimedia Commons）

在每一個分點，分離了地球的白晝側、黑夜側的軌道面也會將北極與南極包含在內。在除了春分和秋分這兩個分點以外的任何一天，這個軌道面都是歪斜的。並且，地球自轉的圓形路徑不均等地穿過地球的光照側邊與黑暗側邊。因此，白晝與黑夜的時間長度並不相同，日出和日落在地平面上的位置更是有著很大的差異。

那麼月亮呢？

通過上述的分析，我們可以得出以下結論：日出和日落的位置變化的原因有二：其一是由於地球自轉軸相較於其軌道平面發生了傾斜；其二是因為地球在公轉軌道上的運行，使得它相對太陽的傾斜角度也發生了變化。我們可以借鑑同樣的歸因方法來解釋月亮所呈現出的一種相似現象。

月球圍繞地球運行的軌道與地球的軌道平面形成了一個大約5°的夾角。因此，地球的自轉軸相對於月球的軌道平面傾斜了大約28.5°。同時，當月球在其軌道上運行時，月出也會在正東偏北與偏南之間轉換。

正如地球圍繞太陽運行的軌道是傾斜的一樣，月球圍繞地球運行的軌道也是傾斜的。（圖中非精確數據）（圖源：NASA / Wikimedia Commons）

然而在這種情況下，這種變化的周期並非是一年，而大約是一個月。地球必須在軌道上完整地運行一周，才能使得太陽直射點到達它的極限，即在夏至時從最遠端的東北升起，在冬至時從最遠端的東南升起。月球亦然，它同樣必須圍繞地球完整地運行一周，才會到達月出和月沒的極限位置。

為什麼月升每天都會較前一天更晚發生？

一個有趣的現象：每天月亮升起的時間與前一天不同。（圖源:Astronomy Magazine）

由於地球和月球都在各自的軌道上運行，月出每天都會比前一天更晚發生。正如從北極上方看地球逆時針旋轉一樣，月球也在圍繞著地球逆時針公轉。因此，每一次地球相對於一顆恆星旋轉了360°，即經歷了一個恆星日時（共23 個小時 56 分鐘），月球只在公轉軌道上移動了一小段距離。而當月球相對於恆星每27.32天圍繞地球公轉一周時，標誌著一個恆星月的完成。所以月球在每一個恆星日移動了(360/27.32)度，即大約13°。而地球在每個恆星日旋轉360°，所以月球每天需要多花費13*(23.9/360)小時 ，即52分鐘去彌補這餘下的13°的角度差。也因此，每一次月出都要比上一次晚約52分鐘。

由於月相同樣取決於它同地球和太陽的相對位置，因此其相位也會隨著月出和月沒的時間而發生改變。

月出和月沒的秘密也同樣值得我們探究。（圖源： S&T Online Photo Gallery）

作者: skyandtelescope

FY: 在樹冠層沐浴陽光

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