本文来自微信公众号：中科院物理所（ID：cas-iop），作者：乐子超人，编辑：蕉，头图来自：视觉中国
又是一年中秋节，不知有多少小伙伴和小编一样被疫情困在校园里呢？
好在疫情虽然能阻止家人之间的团圆，却阻止不了我们与明月的相聚。今年的月圆之夜正是在农历八月十五日中秋节当天，小伙伴们别忘了与家人们共享这美好的月色。
俗话说“十五的月亮十六圆”，听说今年竟然要“十五圆”了（月亮：我降价了）。这是怎么回事呢？别急，今天我们就来讲讲月亮的那些事儿。
十五的月亮十几圆？
实际上，“十五的月亮十六圆”只是古人通过观察总结的规律。有人统计过，从公历2005.1.1~2020.12.31共有198个满月，日期分布如下：
可以看到，满月确实是在十六日这天出现最多，其次是十五日，但也会偶尔出现在十四、十七日。
月亮的阴晴圆缺
月亮靠反射太阳光发亮，当月亮与太阳处于不同的相对位置时，便会呈现出不同的形状，这些不同的形状便是月相。
为了更好地理解月相的变化，我们需要补充一些天文小知识。在天文学中，为了方便描述太阳系中天体的位置，有时会用到黄道坐标系。把地球保持球心与自转轴不变，无限放大后得到一个球体（天文学上称之为天球），以黄道为基圈，以经过春分点的黄经圈为始圈, 以春分点为原点组成的天球坐标系便是黄道坐标系；可以简单理解成以黄道面为纬度0°重建的坐标系。
黄道坐标系的经度叫做黄经，两个天体的黄经的度数差便是黄经差。
当月球与太阳的黄经差为0°时，月球恰好处在地球与太阳连线上，在地球上几乎无法看到月亮，此时的月相称为朔月，此时对应农历的初一；
月球绕地球公转，当转到月球与太阳黄经差为90°和270°时，地月连线与地日连线垂直，恰好能看到一半的月亮，此时的月相为上弦月和下弦月，分别对应农历的初八左右与二十三左右；
当月球与太阳黄经差为180°时，月球处在日地连线的延长线上，此时能看到满月，称为望月，通常在农历十五左右出现。
从一个朔月到下一个朔月的变换周期为29.5天，称为朔望月。农历上说的一个月指的就是一个朔望月。
月圆之夜在十六？
“十五的月亮十六圆”，这其实与农历的设计有关。古代人民以朔月出现的这一天作为初一，而月亮的轨道是个椭圆，从朔月到望月并不总是朔望月的一半，而是会根据月亮的位置略有增减，于是在十五日前后几天都可能出现望月。
至于望月出现在十六日的概率最高，这同样与初一的定义有关。无论是凌晨还是深夜，只要朔月出现在这一天，都把这一天作为初一。
望月和朔月时间差的期望为14.75天，也就是说，只要朔月出现在初一的06:00以后（即初一已过了0.25天），望月出现的日期便大概率会来到十六日这天。这也就是“十五的月亮十六圆”的原因。
朔望月、恒星月与近地月
细心的小伙伴可能已经想到了，月亮的公转周期不是27.3天吗？前面提到的29.5天的朔望月与公转周期有什么区别呢？
这其实是同一个行星（或其它天体）根据不同的计算方式而得到的多种轨道周期。
朔望月的含义之前已经做过解释，对月球来说，还有两种轨道周期较为经常使用，一个是月球相对于一颗恒星来说的公转周期，称作恒星月，周期为27.3天；另一个是月球两次经过地球近地点的时间间隔，称为近点月，周期为27.5天。类似的，地球有回归年（365.242日）与恒星年（365.256日）。
上图粗略展示了朔望月与近地月产生差异的原理。A、B两点相对于地球位置相同，月球从A点到B点的时间间隔便是近地月。而由于地球公转，当月球运动至B点时，相对于太阳的位置与A点不同，还需要继续运动到C点才能使相对位置与A点相同，从C点到B点的时间间隔便是朔望月。所以朔望月比近地月要多大约两天。
近地月比恒星月长的不同则是因为月球近地点东进的影响，即在太阳引力的作用下，月球近地点每个月会有3°的向东移动，这个移动导致了近地月要比恒星月长。
大小白玉盘
望月每个月都有，但中秋之夜的月亮总感觉更大更圆一些，这莫不是中秋的情怀加成？其实这还真有一定的科学依据。中秋节正处于秋分前后，此时干冷空气驱散云雾，白天秋高气爽，晚上自然也会显得月亮更大更圆一些。
但要说到月亮的大小，那一定绕不开“超级月亮”。月相之中，望月最大，当望月遇上近地点，就能得到比平时看到月亮大12%~14%的超级月亮。当然，科学家更喜欢称之为近地点满月。
由前面的介绍可以知道，月球的朔望月比近点月多两天，在上一个近地点满月之后，根据二者周期的最小公倍数，大约经过14个望朔月（15个近点月）就又是一个近地点满月，这样超级月亮的出现周期便可大体估算为14个月。但实际上，因为到底多大才算超级月亮并没有准确的定义，很多接近近地点的满月也被叫做了超级月亮，所以超级月亮的实际周期会与计算略有偏差。
两小儿辩“月”
两小儿辩斗。
一儿曰：“月初出大如车盖，及月中则如盘盂，近者大而远者小，故月初出近，月中时远。”
一儿曰：“月初出凉而温和，及月中则如触冰，近者热而远者凉，故月初出近，月中时远。”
孔子未至，而两小儿达成共识，欢乐回家。
开个小玩笑。月球远近自然与月球在轨道上的位置有关，“月中”时冷也只是因为日落后地球失去热量而没有外来补充，但月亮在地平线附近看起来确实会更大一些，这是为什么呢？
这其实是典型的“月亮错觉”（moon illusion）现象。如上图所示，当我们在看地平线附近的月亮时，由于地平线等参照物的影响，我们会倾向于认为月亮位置要比在天顶时更远；在这种判断影响下，虽然投影在视网膜上的月亮图像大小是一样的，但是大脑为了补偿这种判断便会将地平线附近月亮的图像放大。于是我们会感觉地平线附近的月亮更大一些。
上述解释其实就是“视距离”理论的一个应用，同样的应用还有下图，虽然“后面”的球看起来更大，但是实际上两个球大小完全相同。（实际上，“后面”这个词并不准确，这种前后的空间感只是画的布局所带来的错觉，这里用左右来描述两个球的位置会更准确。）
来源：http://hboyaci.bilkent.edu.tr/Vision/
日月当空照
今年的望月出现时间是9月21日上午7时55分，很遗憾在这一时刻出现在白天，难道十五的圆月终究要错付了吗？让我们来分析一下白天有没有看到满月的可能。
首先，日出月落的规律并非绝对，日月同辉也并不罕见。一般来说，初八前后下午的东南方位，二十三前后上午的西南方位就比较容易看到月亮。（想晚上看见太阳就只能让周公来帮你了）
要在白天看到月亮有两个条件：一是白天时月亮仍在地平线以上，且高度足够高不被建筑阻挡；二是月亮的亮度足够大，不会被太阳的光芒掩盖。
我们结合着之前的月相示意图来看这个问题。上下弦月恰好满足上述两个条件。一方面，出现弦月时，月球与太阳的黄经差恰好是90°（270°），地月连线与地日连线垂直，月亮与太阳的升落恰好差了半天，所以总有半天左右的时间太阳和月亮是同时出现在天空的；另一方面，上下弦月的月相较大，反射太阳光较多，亮度较高，当太阳光不是很强的时候便能够看到。这便是前面所说初八以及二十三前后容易在白天看到月亮的原因。
通过这些分析，想必小伙伴们也能反应过来了，我们是不可能在白天看到满月的。（不考虑升到高空的情况。）满月发生时，月球与太阳黄经差为180°，二者位于地球的两边，严格满足日升月落的规律。
来自stellarium网站的数据也验证了上述的推论，在本月21日满月出现时，月亮正位于地平线以下23°的位置，无法被看到。
但是没有关系！既然白天看不到，那我们就去还在夜晚的地方！
没错，之前所提到的计算与说明都是基于北京时间的情况，而根据timeanddate网站提供的数据，位于俄罗斯的新西伯利亚市的月落时间是当地的6时59分，月圆时刻是当地的6时54分；新西伯利亚市与我国新疆的和田市经度接近，也就是说，只要到达和田市及以西的地方，我们就能看到月亮最圆的那一瞬间了！
最后提醒各位小伙伴，当前疫情形势依然严峻，如能避免还是尽量不要到处乱跑。因为——中秋晚上的月亮一样很圆！在这里预祝大家，中秋快乐、万事顺意！
参考资料
【1】为什么俗语说「十五的月亮十六圆」？- 知乎
【2】为什么一直说"十五的月亮十六圆"？- 知乎
【3】为什么有时白天会看到月亮？- 知乎
【4】什么原因形成了月球不同的月相？- 知乎
【5】超级月亮_百度百科
【6】轨道周期_百度百科
【7】黄道坐标系_百度百科
【8】月相（天文学术语）_百度百科
【9】恒星月_百度百科
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