从月球观测到地球相位
从月球观测到地球相位
作者：丛雨
审核：円岛、时光
从月球上看地球是什么样子的？如果你对于地球、月球及月相有一定的了解，那么也许你能很容易地从这张图片中察觉到一些端倪。这幅游戏截图取自守望先锋的地图“地平线”月球基地，暂且抛开艺术性与视觉效果不谈，我们将从地球和月球入手，简单介绍一些有关天体相位的知识。
天体的相位是由太阳、天体和观测者的相对位置决定的，它反映了我们看到的天体被太阳照亮部分的多少。以大家最熟悉的月相为例，由于日地距离远大于地月距离，我们可以简单地用日–地–月夹角，也就是太阳与月球的角距离来表示月球亮面的可视程度。随着月球与太阳的角距离逐渐改变，月相会按照如下的顺序变化：新月（朔）、上蛾眉、上弦、盈凸、满月（望）、亏凸、下弦、下蛾眉、新月。弦月与太阳分开的角距离约90度，满月与太阳的角距离约180度。
一定相位的月亮相对于太阳的位置是确定的，你可以通过月亮在天空中的方向来判断太阳的方位，进而估计出当地的时间。比如，如果我们不考虑月球绕地球的轨道倾角（黄白交角），上弦月的升起或落下一定比太阳晚6个小时，下弦月则比太阳早6小时。
月相如此，天体相位的规律也同样适用于月球上观测到的“地相”。观察一开始的游戏截图（图1）中地球的晨昏线，可以看出它是接近下弦的亏凸相，但它与左上方的太阳相距明显不足90度，这代表此时大部分亮面处于看不到的地球后方，因此应为下蛾眉的形状。
其实，用于准确描述天体相位的是日–月–地这一夹角，称为相位角。如图3所示，它介于0°和180°之间，而被照亮部分对应的角度大小是180°-ψ。在远处观测，分隔天体亮面和暗面的晨昏线是一个椭圆弧，而且是被长轴分割开的半个椭圆，某些动画等影视作品里那种极其弯曲的月牙并不会作为天体的正常相位出现。此外，月食的时候，月球被遮挡边缘的弧度也和月相不同，地球在月球轨道附近的本影半径是月球半径的2.6倍，被遮挡边缘的弧度相比月球本身更小。
除了月球之外，太阳系的其他天体也都有各自的相位。内行星有着完整的相位变化，不过顺序与月相相反：下合是朔、西大距是下弦、上合是望、东大距是上弦，对应的相位角分别是180°、90°、0°、90°。而外行星由于轨道在地球外侧，相位角是不会大于90°的，类比内行星大距的概念，容易想到的是，当地球相对外行星处于大距的位置时，在地球上观测外行星的相位角达到最大值。因此，在地球上无法观赏到外行星的“月牙”形态，哪怕是轨道和我们最接近的火星，我们至少也能看到它84%的亮面占比。
最后，我们不妨来欣赏一下1968年位于环月轨道上的阿波罗8号拍摄的地球魅影，当时阿波罗8号上的宇航员曾赞叹透过舷窗的地球从月球的地平线“升起”的奇景。值得一提的是，倘若身处月球表面而非绕月轨道，是很难见到地升地落景象的。月球已被地球潮汐锁定，始终一面朝向地球，在驻扎月球人员的视野里，地球会始终悬挂在天空中固定的高度和方位，只会因月球的天平动而稍有移动。
本博客所有文章除特别声明外，均采用 CC BY-NC-SA 4.0 许可协议。转载请注明来自 格物社·在线图书馆！
爱发电(点击图片跳转)
