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中秋佳节 用科学的目光赏月
作者:李鉴 日期:2019-09-10 出处:科技日报

  又到一年中秋佳节。自古以来人们就有中秋赏月的习俗,也流传下来许多脍炙人口的赏月诗篇。每当农历十五、十六之际,人们就会想起那句耳熟能详的“人有悲欢离合,月有阴晴圆缺”。中秋赏月是因为那时月亮最大吗?每个人观测到的月亮大小一样吗?事实上,天行有常,这些人们在赏月时的疑问都有着科学的解答。

  中秋节的月亮最大吗?

  这是一个最常见的“误会”。我们知道,一年之中会出现12到13次满月,中秋满月只是其中之一,它的大小、亮度遵循月亮变化的一般规律,与其他月份相比并无特殊。只不过由于历史文化的原因,人们对中秋的月亮寄托了更多的情感,但月亮还是那个月亮,并无任何不同。

  月亮确实会有大有小,但这是因为月亮的视直径与它到观测者的距离有关。月球是在一个椭圆轨道上围绕地球公转的。月球距离地球最近可达363300千米,最远可达405500千米。当月球位于近地点附近时,视直径达到最大的33'26'';而当月球运行到远地点附近时,视直径会减小到29'22''左右。这种月地距离的变化导致月球视直径的变化,与在远地点相比,近地点月亮的视直径要大上约14%,面积大了约30%,月亮大小差别自然明显。所以当月亮位于公转轨道的近地点时,它的确是最大的。如果此时恰逢满月,我们就会见到经常见诸报端的“超级月亮”。

  不同地区看到的月亮一样大吗?

  地月距离会导致月球大小的不同,那在地球不同纬度观测月球,会产生大小不同的观感吗?这其实是一种“蓬佐错觉”。“蓬佐错觉”是一种视错觉(又称“铁轨错觉”),最早由意大利心理学家马里奥·蓬佐说明。

  如上图所示,图中的两条黄色线段,怎么看都感觉上面那条更长,而其实二者完全一样。原因有二:一是人们的日常直觉。如果远近不同的两个物体在视网膜上呈现出相同大小的像,我们会自然地判断出距离远的那个物体尺寸更大;二是,蓬佐错觉图中,两条黄线大小相同、在视网膜上成像相等,但我们的大脑根据直线透视原理,会认为上面的黄线更远,因此根据日常直觉,会判断出它比下面的黄线更大。反馈的综合结果就是,在我们看来,上面的黄线显得又长又宽。

  在观测天空时,还有另一个心理现象:我们会很自然地认为天空像个倒扣的碗(天圆地方),并且地平线比头顶距离更远。所以我们会不自觉地认为地平线上的月亮要比头顶的月亮更远一些,由于它和头顶的月亮在视网膜上成像相等,再加上“蓬佐错觉”,我们就会很自然地认为地平线上的月亮更大。而恰恰相反的是,月亮越高反而越大。这是因为对于观测者而言,月亮居于头顶要比月亮在地平线近了差不多一个地球半径。只是由此导致的月球视直径的变化很小,人眼根本无法察觉。

  “超级月亮”难得一见?

  当月亮处于近地点时,又恰逢满月,就是人们俗称的“超级月亮”,此时确实是观赏月亮的天赐良机。于是我们经常看到“××年来最大的‘超级月亮’”等之类的报道。不过在天文学家看来,其中大部分都是噱头甚至“文字游戏”。

  根据月相的变化周期(称为朔望月,平均长度为29.53059日),以及月球经过近地点的周期(称为“近点月”,平均长度为27.55455日),可以看出“超级月亮”也是个周期性事件,而且周期并不算长,为413天左右(约等于15个近点月和14个朔望月)。也就是说,每14次满月中,就会有一次“超级月亮”,并不是什么稀罕事儿。

  为什么这种说法会在媒体上频繁出现呢?原因在于月球的运动非常复杂,每次“超级月亮”的大小也有细微的差别,“超级月亮”似乎也没错,却足以吸引大家的眼球。

  以朔望月为例,它的长短由日、地、月三者的相对位置决定,并不是一个常数,而是在29.27日到29.83日之间变动。而月球绕地公转的轨道也不是简单的椭圆,不但近地点在移动、偏心率在0.026到0.077间变动,就是轨道面本身也在摆动。所以尽管每过大约413天会有一次满月最接近近地点,但是这个满月时刻也不可能和过近地点的时刻严格相符,每次都会有一定差别,因此我们每次看到的超级月亮也就有大有小。关键在于,天文学家已经算出,每次“超级月亮”的视直径变化只在几个角秒之内,变化幅度不超过0.3%,甚至远小于在不同地点所见到的月亮大小的差别,我们肉眼根本无法察觉。(李鉴 作者系北京天文馆研究员)

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