在哪里可以24小時都看見月亮︱天文冷知識

今晚若天氣晴好，當你抬頭看向夜空，將會看到一輪滿月。如果你有持續觀察月亮的習慣，會注意到不管月相如何，月亮待在天上的時間都是半天左右。看著天上美麗的白玉盤，你不禁想多看幾眼，那么地球上是否存在一個地方能夠24小時都看到月亮呢？

先說答案：在北極點/南極點，我們不僅可以連續24小時看見月亮，而且最多能連續看300小時以上的月亮。下面就以北極點為例介紹這背后的天文學原理。

24小時都能看到月亮，意味著月球一直都在天空中沒有落入地平線。對天文學稍有了解的小伙伴大概了解過在北極點觀測星空時不會有星星升起或落下，對于月亮而言情況又會如何呢？

首先我們需要搞明白為什么在北極點看不到星空升起或落下。我們知道，星空的東升西落本質上是地球自轉，伴隨地球自轉，我們看到群星圍繞天極作圓周運動，如果朝向天極進行長時間曝光，就會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

仔細觀察上圖你會發現，有不少星星畫不出完整的圓，只有最靠近圓心（即北天極）的一些星星有可能畫出完整的圓，這也意味著這些星能夠永遠出現在拍攝地點的天空中，不會落入地平線。

天文學上對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」。不難發現不論是恒顯星的數量還是恒顯圈的范圍，都和天極的高度有關。天極越高，恒顯星的數量就越多，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——北極點或南極點。當我們位處兩極極點時，天極與天頂重合，隨著地球自轉，群星以天極/天頂為圓心畫出圓軌跡。換一個角度看，這些星軌其實跟地平線完全平行。這就是為什么在地球兩極極點看不到星空升起或落下。

使用天象儀模擬的北極點星軌，可見星軌與地平線完全平行︱Miguel Claro

月球的視運動顯然也受地球自轉影響，但與星空出沒完全受到地球自轉影響不同，地球自轉并不是影響月球出沒的唯一因素。別忘了月球是地球的一顆天然衛星，月球會繞地球公轉。在北極點，星空確實被「固定」了不再升落，而月球不在此列——以恒星背景為參考系，月球看起來會在群星間穿行，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軌道在天空中的位置[1]。依據天文學常識，白道面與赤道面存在夾角，而北極點地平面與赤道面正好重合，因此月球沿白道運動的軌跡會與北極點地平線相交，月球依然會隨著公轉穿越赤道面/北極點地平面，從而出現月出和月落。

赤道面（紅線）與白道面（綠線）存在夾角

在北極點，地平面就是赤道面

當然我們在北極點看到的月球出沒跟一般情況相比會有明顯不同。對比我們平時在中低緯度地區基本每天都能看到月球升起落下，北極點在一個月球公轉周期內（約27天）只能看到一次月出和一次月落。例如今天午夜（北京時間3月15日1點前后）月球就會在北極點上空落下，直到北京時間3月29日6時起月球才重新從北極點的地平線升起，一直到4月11日7時許再次完全落下。月亮一直在北極點上空的時間前后長達13天，超過300個小時，差不多是半個月球公轉周期（不過3月30日以前月球與太陽距離過近，肉眼無法觀測）。

黃色軌跡為北京時間3月29日至4月11日每日6時月球在北極點天空的位置變化︱Stellarium模擬

加入地球自轉效果后月球在3月29日至4月11日8時的位置變化（黃色軌跡），可見月球在此期間一直在北極點地平線以上︱Stellarium

基于相同的原理，在高緯度地區如北極圈/南極圈內也可以連續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間就越長。

參考&拓展

[1]現代天文學對白道的嚴格定義是「月球繞地球瞬時軌道面與天球相交的大圓」

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