今晚若天氣晴好，當(dāng)你抬頭看向夜空，將會(huì)看到一輪滿月。如果你有持續(xù)觀察月亮的習(xí)慣，會(huì)注意到不管月相如何，月亮待在天上的時(shí)間都是半天左右?？粗焐厦利惖陌子癖P(pán)，你不禁想多看幾眼，那么地球上是否存在一個(gè)地方能夠24小時(shí)都看到月亮呢？
先說(shuō)答案：在北極點(diǎn)/南極點(diǎn)，我們不僅可以連續(xù)24小時(shí)看見(jiàn)月亮，而且最多能連續(xù)看300小時(shí)以上的月亮。下面就以北極點(diǎn)為例介紹這背后的天文學(xué)原理。
24小時(shí)都能看到月亮，意味著月球一直都在天空中沒(méi)有落入地平線。對(duì)天文學(xué)稍有了解的小伙伴大概了解過(guò)在北極點(diǎn)觀測(cè)星空時(shí)不會(huì)有星星升起或落下，對(duì)于月亮而言情況又會(huì)如何呢？
首先我們需要搞明白為什么在北極點(diǎn)看不到星空升起或落下。我們知道，星空的東升西落本質(zhì)上是地球自轉(zhuǎn)，伴隨地球自轉(zhuǎn)，我們看到群星圍繞天極作圓周運(yùn)動(dòng)，如果朝向天極進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間曝光，就會(huì)得到一張充滿同心圓軌跡的照片，而這些同心圓的圓心正是天極。
這是一張朝向北天極拍攝的星軌︱Chirag Upreti
仔細(xì)觀察上圖你會(huì)發(fā)現(xiàn)，有不少星星畫(huà)不出完整的圓，只有最靠近圓心（即北天極）的一些星星有可能畫(huà)出完整的圓，這也意味著這些星能夠永遠(yuǎn)出現(xiàn)在拍攝地點(diǎn)的天空中，不會(huì)落入地平線。
天文學(xué)上對(duì)這一類永不落下的星星的稱謂是「恒顯星」，恒顯星所在的天空范圍邊界稱作「恒顯圈」。不難發(fā)現(xiàn)不論是恒顯星的數(shù)量還是恒顯圈的范圍，都和天極的高度有關(guān)。天極越高，恒顯星的數(shù)量就越多，恒顯圈越大。那么在地球上的什么位置能看到天極在天空中最高處（即天頂）呢？答案呼之欲出——北極點(diǎn)或南極點(diǎn)。當(dāng)我們位處兩極極點(diǎn)時(shí)，天極與天頂重合，隨著地球自轉(zhuǎn)，群星以天極/天頂為圓心畫(huà)出圓軌跡。換一個(gè)角度看，這些星軌其實(shí)跟地平線完全平行。這就是為什么在地球兩極極點(diǎn)看不到星空升起或落下。
使用天象儀模擬的北極點(diǎn)星軌，可見(jiàn)星軌與地平線完全平行︱Miguel Claro
月球的視運(yùn)動(dòng)顯然也受地球自轉(zhuǎn)影響，但與星空出沒(méi)完全受到地球自轉(zhuǎn)影響不同，地球自轉(zhuǎn)并不是影響月球出沒(méi)的唯一因素。別忘了月球是地球的一顆天然衛(wèi)星，月球會(huì)繞地球公轉(zhuǎn)。在北極點(diǎn)，星空確實(shí)被「固定」了不再升落，而月球不在此列——以恒星背景為參考系，月球看起來(lái)會(huì)在群星間穿行，每大約27.32天繞天空一圈，這也是月球的公轉(zhuǎn)周期。月球穿越群星形成的軌跡也稱白道，白道反映了月球公轉(zhuǎn)軌道在天空中的位置[1]。依據(jù)天文學(xué)常識(shí)，白道面與赤道面存在夾角，而北極點(diǎn)地平面與赤道面正好重合，因此月球沿白道運(yùn)動(dòng)的軌跡會(huì)與北極點(diǎn)地平線相交，月球依然會(huì)隨著公轉(zhuǎn)穿越赤道面/北極點(diǎn)地平面，從而出現(xiàn)月出和月落。
赤道面（紅線）與白道面（綠線）存在夾角
在北極點(diǎn)，地平面就是赤道面
當(dāng)然我們?cè)诒睒O點(diǎn)看到的月球出沒(méi)跟一般情況相比會(huì)有明顯不同。對(duì)比我們平時(shí)在中低緯度地區(qū)基本每天都能看到月球升起落下，北極點(diǎn)在一個(gè)月球公轉(zhuǎn)周期內(nèi)（約27天）只能看到一次月出和一次月落。例如今天午夜（北京時(shí)間3月15日1點(diǎn)前后）月球就會(huì)在北極點(diǎn)上空落下，直到北京時(shí)間3月29日6時(shí)起月球才重新從北極點(diǎn)的地平線升起，一直到4月11日7時(shí)許再次完全落下。月亮一直在北極點(diǎn)上空的時(shí)間前后長(zhǎng)達(dá)13天，超過(guò)300個(gè)小時(shí)，差不多是半個(gè)月球公轉(zhuǎn)周期（不過(guò)3月30日以前月球與太陽(yáng)距離過(guò)近，肉眼無(wú)法觀測(cè)）。
黃色軌跡為北京時(shí)間3月29日至4月11日每日6時(shí)月球在北極點(diǎn)天空的位置變化︱Stellarium模擬
加入地球自轉(zhuǎn)效果后月球在3月29日至4月11日8時(shí)的位置變化（黃色軌跡），可見(jiàn)月球在此期間一直在北極點(diǎn)地平線以上︱Stellarium
基于相同的原理，在高緯度地區(qū)如北極圈/南極圈內(nèi)也可以連續(xù)好幾天看到月亮在天上，緯度越高，月亮一直在天上不落下的時(shí)間就越長(zhǎng)。
參考&拓展
[1]現(xiàn)代天文學(xué)對(duì)白道的嚴(yán)格定義是「月球繞地球瞬時(shí)軌道面與天球相交的大圓」
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