2009年8月3日 星期一

觀天入門:月面盈虧特徵

由新月開始,每天觀察並繪製月球表面特徵,直到下一個新月為止。

你或許會說很難做到前半個月每天晚上看月亮,後半個月每天清晨提早爬起來看月亮,乾脆放棄了。別這樣想,這個觀天習題的目的是希望你充份利用月面盈虧–月球受太陽照射的角度來觀察月球表面特徵,因為某些特徵在某一盈虧程度時可能特別明顯,或者是剛好看不到。

月面盈虧的周期有多長呢?以月球對背景恆星來說,月球每27⅓天在環繞地球一圈,這個周期稱為恆星月。但在這個周期時間內,地球和月球在它們的繞日軌道上也各自移動了一段距離。因此需要29½天,地球、月球和太陽才有相同的相對位置,形成同樣的月面盈虧。所以每次新月(或滿月)到下一次新月(或滿月)相隔的時間為29½天,這個周期稱為太陽月

既然是要觀察一整個周期,由那一天開始比較好呢,我的建議是由新月開始,就是陰曆的每月初一開始。其實沒什麼特別理由,主要是人們對數字的感覺,由一數到二十九比較順,由十八數到二十九再由一數到十七比較不順,(其它的起迄日期亦然)。你也可以將你每天的觀察成果視為一系列的動畫,你想要如何呈現給你或你的觀眾?由什麼都沒有逐漸長成完整的圓形再逐漸消退至什麼都沒有?或是其它的盈虧循環?那一種型式是你或你的觀眾最能接受的?

事實上,由每月初一開始,並不能給你的月面動畫帶來一個最完美的開始。天文學家計算月齡由新月開始算起,由0至29½,它不是剛好29天。因為月初的那幾天,月亮十分接近太陽,只有非常纖細的明亮區域而不能為肉眼所見。同理,你的月面動畫在月底也不會有完美的結束。而且,每天最適合觀看月球表面之地形特徵的時間是太陽東昇前的微微曙光或西沈後的淡淡暮光中,這些日子加起來絕對不到月亮的盈虧周期。再問一個有趣的問題:你能看到最年輕的月齡是多少?或你能看到最老的月齡是多少?

到底月齡對觀察月面有多大的影響呢?差了¼天、⅓天或是½天是否會對月球明亮區域的範圍或是觀察月面造成顯著不同?答案是肯定的,有些時候的確如此,即使不用望遠鏡,僅憑肉眼就可以發現不同。觀察月球表面之明暗界線(Terminator)–月球上日出和日落界線–上的特徵時,差個半天、一天會看到相當大的不同。在界線的附近,月球表面崎嶇的地形會投射出最長的陰影,就如同在地球上,中午太陽直射時影子很短,早晚的影子拖得長長的,因此地形高低起伏看得最清楚。較高的地形,例如高山或是隕坑環緣,相對於較低的地形,例如「海」或環坑底床,日出時可以早一點接受到陽光,日落時可以晚一點褪下金衫。所以月球表面之明暗界線不是一條圓滑曲線,肉眼也能看出曲曲折折的形狀,利用雙筒望遠鏡或低倍遠望鏡可明顯看出在明亮區域中有幾抹陰影,或是黑暗區域中有些光點。因為月球自轉速度很慢,所以月球表面之明暗界線移動的也很慢,即使在赤道區域也才每小時9英哩。不過你若將它乘以6小時,也就是¼天,這條明暗界線也移動了36英哩,在新月前後,例如初一、初二或是廿七、廿八,這個變化是相當大的。

伽利略在1609年11月30日繪製了兩幅月面圖,下圖為他當時所繪製的第二幅。那也是他最早的兩幅由望遠鏡觀察所繪製的月面圖,放大倍率為二十倍。

Gallieo Moon Map

所以你在觀察時不只要繪製月面圖,還要記錄觀察的時間,並換算為實際月齡。你可以在大部份的天文日曆上找到新月的確實日期及時間,通常會標明通用時間(UT),有些還會標明當地時間。還有一些因素會讓你的月面盈虧動畫不夠完美:除了天氣和你個人的庶務外,月球的微小晃動–天平動(Libration)–也會有影響。在第6個觀天習題中會討論天平動,你現在可以不管它。

問題

一、你繪製的第一張和最後一張月面圖的月齡分別為何?

二、當你觀察月球表面之明暗界線時,在那一個月齡時有最大的曲折程度?在那一個月齡時最平滑?那些特徵會造成這些曲折?回答這個問題,你可能需要視覺輔助工具,例如:雙筒望遠鏡。並在完成所有觀察後,比對專業天文書籍上的月面圖。

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