明月几时有,天文话中秋(下)

发布者:江苏省天文学会文章来源:南京大学天文与空间科学学院发布时间:2021-09-18浏览次数:10


假如日地距离和地月距离都没有变化,即月亮本身的光亮程度恒定,冬天的月亮比秋天的亮些。如果有个冬至前后的"中冬节",那月光要比秋分前后的中秋节更亮。试以南京为例说明                                                     

从南京夫子庙前文德桥上东望中秋明月(来源:网络) 


 为此要计算满月在冬季(以冬至为例)和秋季(以秋分为例)的中天高度。黄道与赤道的交角(黄赤交角)是23°26′21″;白道与黄道的交角(黄白交角)是5°9′;南京的纬度是32°03′。为简化讨论我们取它们的近似值依次为23°.5、5°和32°,这么做丝毫不会影响讨论的结果。容易计算出冬至日子夜,满月在南京上中天的高度在76°.5至86°.5之间(平均81°.5);秋分日子夜,月亮相应的高度在53°至63°之间(平均58°)。这个结果表明冬夜的月亮比秋夜升得高,从直观上来看,这个现象很容易理解。夏至日中午的太阳比春分日中午的太阳升得高,而满月在天空正与太阳遥遥相对(黄经差180°),冬至日午夜和秋分日午夜满月在天空的位置正分别在夏至日中午和春分日中午太阳在天空的位置上,最多在高度上相差一个黄白交角,不过由于黄白交角远比黄赤交角为小,这个相差并不改变冬至日满月比秋分日高的态势。

满月的高度之差在两个方面显示对明亮程度的影响。

首先月光照射在地面上的亮度与高度角的正弦成正比。容易算得满月过中天的亮度冬至日大致上是秋分日的1.17倍。

其次由于大气消光的作用。来自天体的光线经过地球大气,由于被大气内的粒子散射和吸收强度减弱的现象称为大气消光。光在大气中通过的路程越长,消光作用就越强。天空中的一个天体,当它的高度较大时,光线通过大气的路径较短,大气消光的作用较弱;反之,则较强。如果将天顶方向(高度90°)的空气量算作一个气团,对于高度30°的观测目标,大致是通过两个气团,对于10°,是5.6个气团,对于地平线上(高度接近0°),则是40个气团。一颗恒星在天顶看起来大致是实际亮度的86%;高度30°,大致是实际亮度的74%;高度10°,大致只有实际亮度的44%。满月的亮度受高度的影响也很显著。就月亮来说,当满月在刚刚升起不久或即将下落时,高度很低,它的亮度明显低于过上中天前后。冬季的月亮高度较大,受消光作用较弱,略显明亮;不过,笔者按消光公式做了计算,只是1.03倍。

还有一个影响月亮明亮程度的因素是空气的湿度,即大气层里的水汽含量,实际上也是一种消光作用。秋季空气的湿度明显低于夏季,但还不是最低。秋分前后的两个节气是白露和寒露,正是因为空气里仍含有不少水汽,入夜气温下降,便凝结成了水滴。冬季的干燥应是人人感同身受的,就从空气的湿度这一点来说,秋季的明月也略逊冬季。

综上所述,一般来说"中冬月"要略亮于中秋月,除非中秋时地月距离相当近,中冬时相当远,以致效应显著。不过,也会有相反的情况,而且两种情况出现的概率均等。


不同高度的光线通过的大气厚度(来源:《天文爱好者》,绘图:向淑君)


既然中秋的月亮在一年中并非最明亮,为什么人们普遍的感觉却与此不同呢?仲秋在酷热难挡的盛夏和余威尚存的秋老虎之后,空气的温度和湿度显著下降,秋高气爽。人们从溽暑中脱身,感受到阵阵凉意,怀着愉悦的心情,面对凉秋的皓月感到分外明亮。唐代刘禹锡的诗"八月十五夜玩月"正反映了这个情况:

天将今夜月,一遍洗寰瀛。

暑退九霄净,秋澄万景清。

星辰让光彩,风露发晶英。

能变人间世,攸然是玉京。

更兼秋天是个作物成熟的季节,遍地黄灿灿一片,人们告别了耕耘的辛劳,迎来了收获的喜悦。何况,即使冬月比秋月稍显明亮,人们确也难以察觉。由此看来,人的心理因素在这里起了很大的作用,尤其是本就敏感的诗人的心理。请读唐代诗圣杜甫的"月夜忆舍弟"诗:

戍鼓断人行,秋边一雁声。

露从今夜白,月是故乡明。

有弟皆分散,无家问死生。

寄书长不达,况乃未休兵。

诗人流落他乡,思弟情真,念家意切,心目中连故乡的月亮也比异地的更明亮,展现了感人至深的心理状态。此外,人们在批判有人崇洋媚外时往往会说:"在他眼里月亮也是外国的圆。"这种指摘的"理论根据"恐怕也在于心理学。关于心理学的问题,笔者本来无缘置喙,就此打住。

 

(来源:网络)


东坡先生一生,连遭贬谪左迁,命运坎坷,但先生的生活态度乐观豁达,创作风格奔放壮逸,显示出与众不同的心理素质,因此会有本文开头所引的一问。回头再读一遍东坡先生的《水调歌头》,其中的一句"何事长向别时圆?",却也暴露了超凡脱俗如先生者也难免触碰"心理怪圈"。月亮每月圆一次,难不成您老人家,年年要离别12次?原来东坡先生也有凡俗的一面,难怪他还是一位名震遐迩的美食家。

苏轼还有一首题为"中秋月"的诗:

暮云收尽溢清寒,银汉无声转玉盘。

此生此夜不长好,明月明年何处看?

这是诗人在中秋之夜看到的天空景象:一袭银河如水默默流淌,一轮圆月似盘静静回转。但诗中没有进一步描述这时的景象,即当时月亮与银河的位置关系如何:月亮是在银河以东、以西还是正在银河之上?这个问题留给读者诸君思考,谁若回答正确,获得下方的东坡肉一碗作为奖励,以供望肉止馋。(请原谅笔者也踏入了心理怪圈!)

东坡肉(来源:网络)