楊宏兵
900多年前誕生的一首《水調(diào)歌頭·(明月幾時(shí)有)》,成為中秋佳節(jié)時(shí)我們經(jīng)常吟誦的詩(shī)篇。殊不知,這里面還包含著豐富的科學(xué)知識(shí)。
大約在44.5億年前,最靠近太陽(yáng)的第三顆較大的行星——地球遇上了前所未有的災(zāi)難。
一顆大小與火星相近的行星忒伊亞快速襲來(lái),因?yàn)閮深w行星的軌道形成交叉,一次巨大的撞擊無(wú)可避免。這是一次驚天動(dòng)地的相撞,撞擊將兩顆行星的地幔和地殼物質(zhì)拋入附近的空間。當(dāng)殘留的沖擊行星改變軌道離去之后,在地球的附近留下了大量的行星撞擊碎塊。隨著時(shí)間的流逝,環(huán)繞在地球周?chē)奈镔|(zhì)逐漸聚合,開(kāi)始形成一個(gè)獨(dú)立的天體。
天氣晴朗時(shí),我們看到的天空會(huì)呈現(xiàn)出藍(lán)色。這是因?yàn)楫?dāng)太陽(yáng)光照射在地球上的大氣層時(shí),與氣體分子碰撞會(huì)發(fā)生散射,散射時(shí)光線向各個(gè)方向傳播。由于藍(lán)光的波長(zhǎng)比紅光和黃光的波長(zhǎng)短,這使得它們更容易與空氣中的氣體分子相互作用,因而更容易被散射。
天空的顏色還受到大氣層厚度的影響。例如,在日落和日出時(shí),太陽(yáng)光線的角度更低,它需要穿過(guò)更多的大氣層,這就導(dǎo)致了更多的散射和更長(zhǎng)的光程,使得紅光和橙光更容易被散射,而藍(lán)光則被過(guò)濾掉了。因此我們會(huì)看到天空此時(shí)呈現(xiàn)出紅色、橙色和黃色??偟膩?lái)說(shuō),盡管藍(lán)色是我們通??吹降奶炜疹伾?,但實(shí)際上它并不是天空唯一的顏色。
“今夕是何年”,蘇軾的這句話超越了牛頓的絕對(duì)時(shí)空觀,恰好與愛(ài)因斯坦相對(duì)論時(shí)空觀一致。愛(ài)因斯坦告訴我們,時(shí)間和空間并不是絕對(duì)的,兩者是相輔相成不可分割的。物體的質(zhì)量可以影響空間,促使引力的產(chǎn)生,那么物體的質(zhì)量也就可以影響時(shí)間,因此在不同的引力場(chǎng)中,時(shí)間的流速也是不同的。地球表面和圍繞著地球旋轉(zhuǎn)的衛(wèi)星之間,就存在時(shí)間誤差,地球上的時(shí)間要比衛(wèi)星上的時(shí)間慢一些,只不過(guò)這種時(shí)間流速差距很小。
一個(gè)陰歷月里有一天月亮最圓,叫作“望”。但每月“望”的圓度都有細(xì)微差別。這是因?yàn)樵虑蚶@地軌道(白道)與地球繞日軌道(黃道)不在一個(gè)平面。根據(jù)農(nóng)歷歷法規(guī)定,月亮最圓時(shí)刻的“望”最早可發(fā)生在農(nóng)歷十四的晚上,最遲可出現(xiàn)在農(nóng)歷十七的早上,農(nóng)歷十五、十六這兩天居多,其中又以農(nóng)歷十六為最多,所以,民間有“十五的月亮十六圓”的俗語(yǔ)。從2021年到2023年,連續(xù)3年,中秋都是“十五的月亮十五圓”,而2024年中秋,又回到“十五的月亮十六圓”。
月的圓缺可分為兩類(lèi),一是月相的變化,二是月食。
月球本身不發(fā)光,我們看到的月光是來(lái)自太陽(yáng)的反射光,反射光存在反射角度,當(dāng)太陽(yáng)、地球、月亮處于不同位置時(shí),我們會(huì)看到月相的變化。
因?yàn)辄S白交角的存在,并不是每個(gè)農(nóng)歷月都會(huì)發(fā)生日食或月食。只有當(dāng)月球和太陽(yáng)、地球位于同一直線上,且此時(shí)月球位于兩個(gè)平面的交點(diǎn)附近時(shí)才會(huì)發(fā)生日食或月食。在農(nóng)歷望日,月亮運(yùn)行到和太陽(yáng)相對(duì)的方向,這時(shí)如果地球和月亮的中心大致在同一條直線上,月亮就會(huì)進(jìn)入地球的本影,產(chǎn)生月全食。如果只有部分月亮進(jìn)入地球的本影,就會(huì)產(chǎn)生月偏食。所以月食有月全食和月偏食兩種。
(選自2023年9月29日《科普時(shí)報(bào)》,本刊有刪改)