交互式 3D 地球:按真实星历放置太阳与月亮,拖动两枚图钉寻找一处白天见月、一处夜里见月的地方,看晨昏线与月亮地平圈如何把地球切成两瓣月牙。
AI 执笔 选题出自作者的兴趣,立意、灵感与笔记来自作者;正文由 AI 生成,作者提出修改意见并审定。
页面打开时,时间是此刻,太阳和月亮的位置按真实星历计算。甲(琥珀色)要在白天看见月亮,乙(紫色)要在夜里看见月亮;两张卡片上的两个条件都打勾,问题就有了一个答案。
键盘:聚焦地球后,方向键移动图钉(按住 Shift 每次 5°),1 / 2 切换甲乙,W A S D 转动地球,空格播放或暂停。
地球上有两条线决定了这件事。
两条线都是绕着地球的大圈(月亮只有约 60 个地球半径远,它的地平圈比半个地球小约 1°),它们交叉成一个「X」,把地球切成四瓣。甲必须在「月亮那一侧」的白天那一瓣,乙必须在「月亮那一侧」的夜里那一瓣:两地都在月亮地平圈里,晨昏线从它们中间穿过。
两瓣有多宽,只取决于从地球上看太阳和月亮相隔多远,也就是日月角距 ψ。白天那一瓣的张角是 180° − ψ,夜里那一瓣是 ψ,各占地表的 (180° − ψ)/360° 和 ψ/360°。打开「侧看日月」:视线垂直于太阳和月亮所在的平面,两条线都侧成直线,它们之间的夹角正好是 ψ。
于是月相决定了这件事难不难:
严格说来,月亮的轨道和地球绕太阳的轨道面(黄道)有约 5° 的夹角,平常的满月并不正对太阳(ψ 在 175° 到 180° 之间),地球上还留着一道细缝,最宽处在高纬度地区;只有发生月食时,这道缝才真正合上。新月同理,只有发生日食时,夜里那一瓣才真正消失。
所以完整的答案是:月亮不是正好新月或满月;两地都在此刻看得见月亮的那半个地球上,并且分别在晨昏线的两侧。 两地可以只隔一条晨昏线、近在咫尺,也可以分处那半个地球的两端,相隔将近半个地球。
假设两地都在赤道附近,又在春分或秋分前后,可以把条件翻译成两地的当地时间:
纬度高、季节偏离二分点时,昼夜长短和月亮在天上停留的时长都会变,这套钟表说法只是近似;地球上的两条线才是准的。
点「站到月亮上看」:屏幕上的圆盘就是此刻月亮看得见的那半个地球,也正好是此刻看得见月亮的地方。圆盘上亮的部分是白天见月的那一瓣,暗的部分是夜里见月的那一瓣。
这就是月亮上看到的「地相」。它和地球上看到的月相正好互补:我们看见满月时,月亮上看到的是「新地」,整个地球圆盘都是暗的,所以满月只能在夜里看到;我们看见新月时,月亮上看到的是「满地」。题目要求的两个地方,换句话说就是:从月亮上看,一个在地球亮的那部分,一个在暗的那部分。
太阳刚落山,天还亮着。天文学家把这段时间分成几档:太阳低于地平线 6° 以内是民用晨昏,天还能看清东西;低于 18° 以后,天光才完全退去。选择「天黑」或「全黑」,紫色那一瓣会变窄:日月角距 ψ 小于 6°(或 18°)再加约 1° 的视差时,太阳落到足够低之前月亮就已经落下了,夜里那一瓣会完全消失。下方曲线图会跟着你的定义重画。
两位观察者看到的月亮亮了多少几乎一样(视差带来的差别不到 1%),但亮边朝向不同。对比两张卡片里的天空:白天那位看到的月亮淡淡地挂在蓝天上,暗的部分透出天色;夜里那位看到的月亮在黑夜里,暗的部分泛着一点地照。
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