“明月几时有”隐藏的科学奥秘

“明月几时有？把酒问青天。不知天上宫阙，今夕是何年。我欲乘风归去，又恐琼楼玉宇，高处不胜寒。起舞弄清影，何似在人间。

转朱阁，低绮户，照无眠。不应有恨，何事长向别时圆？人有悲欢离合，月有阴晴圆缺，此事古难全。但愿人长久，千里共婵娟。”

900多年前，苏轼以月传情，留下了《水调歌头·明月几时有》，成为中秋佳节时我们经常吟诵的诗篇。殊不知，这篇抒情名作里还包含着丰富的科学知识。

明月几时有：

行星撞击地球后碎块形成天体

在46亿年之前，地球正在孕育当中，太阳系还处于混沌初开的太阳星云阶段。在年轻太阳的周围，尘埃与块状岩石不断地凝聚、碰撞、吸积，星云中的部分物质开始生成为环绕太阳的行星和卫星系统。大约在44.5亿年前，最靠近太阳的第三颗较大的行星——地球，却遇上了前所未有的灾难。

一颗大小与火星相近的行星忒伊亚快速袭来，因为两颗行星的轨道形成交叉，一次巨大的撞击无可避免。这是一次惊天动地的相撞，撞击将两颗行星的地幔和地壳物质抛入附近的空间，当残留的冲击行星改变轨道离去之后，在地球的附近留存了大量的行星撞击碎块。随着时间的流逝，环绕在地球周围的物质逐渐聚合，开始形成一个独立的天体。

把酒问青天：

蓝光波长短更易被散射

天气晴朗时，我们看到的天空会显示出蓝色。这是因为当太阳光照射在地球上的大气层时，与气体分子碰撞会发生散射，散射时光线向各个方向传播。由于蓝光的波长比红光和黄光的波长短，这使得它们更容易与空气中的气体分子相互作用，因而更容易被散射。

天空的颜色还受到大气层厚度的影响。例如，在日落和日出时，太阳光线的角度更低，它需要穿过更多的大气层。这就导致了更多的散射和更长的光程，使得红光和橙光更容易被散射，而蓝光则被过滤掉了。因此我们会看到天空此时呈现出红色、橙色和黄色。

此外，在阴天或有云层时，由于云层会散射所有颜色的光线，因此天空的颜色会变得更暗。在这种情况下，天空的颜色可能会呈现出灰色或白色。总的来说，尽管蓝色是我们通常看到的天空颜色，但实际上它并不是唯一的颜色。

今夕是何年：

物体质量可影响时间

牛顿的绝对时空观认为：“绝对的、真正的和数学的时间自身在流逝着，而且由于其本性而均匀地、与任何其他外界事物无关地流逝着”。

“今夕是何年”，苏轼的这句话超越了牛顿的绝对时空观，恰好与爱因斯坦相对论时空观一致。爱因斯坦告诉我们，时间和空间并不是绝对的，两者是相辅相成不可分割的。物体的质量可以影响空间，促使引力的产生，那么物体的质量也就可以影响时间，因此在不同的引力场中，时间的流速也是不同的，地球表面和围绕着地球旋转的卫星之间，就存在时间误差，地球上的时间要比卫星上的时间更慢一些，只不过这种时间流速差距很小。

高处不胜寒：

对流层海拔越高气温越低

我们知道海拔高度越高，温度就会越低。但这个常识是有条件的，只有在大气层中的对流层，才是海拔越高，温度越低，其中海拔每升高1000米，温度就会下降6摄氏度左右。这是因为对流层是靠吸收地面辐射的电磁波而升温的。靠近地面的热空气膨胀上升，高空的冷空气收缩下降，于是产生了对流运动，这也是这一层被叫作对流层的原因。

和对流层不同，平流层的情况就恰恰反过来。在平流层中，高度越高，温度越高。这主要是因为平流层里有臭氧层，臭氧可以吸收太阳辐射中的紫外线，所以，离太阳越近（海拔越高），就越热。

与地球不同，月球几乎没有大气层。由于没有大气层，月球白天在阳光直射的地方温度可达127摄氏度，到了夜晚温度可以下降到零下183摄氏度。

何事长向别时圆：

月圆时农历十六为最多

一个阴历月里有一天月亮最圆，叫作“望”。但每月“望”的圆度都有细微差别。这是因为月球绕地轨道（白道）与地球绕日轨道（黄道）不在一个平面。根据农历历法规定，月亮最圆时刻的“望”最早可发生在农历十四的晚上，最迟可出现在农历十七的早上，农历十五、十六这两天居多，其中又以农历十六为最多，所以，民间有“十五的月亮十六圆”的俗语。从2021年到2023年，连续3年，中秋都是“十五的月亮十五圆”，而2024年中秋，又回到“十五的月亮十六圆”。

月有阴晴圆缺：

由月相变化和月食所致

月的圆缺可分为两类，一是月相的变化，二是月食。

月球本身不发光，我们看到的月光是来自太阳的反射光，反射光存在反射角度，当太阳、地球、月亮处于不同位置时，我们会看到月相的变化。

因为黄白交角的存在，并不是每个农历月都会发生日食或月食。只有当月球和太阳、地球位于同一直线上，且此时月球位于两个平面的交点附近时才会发生日食或月食。在农历望日，月亮运行到和太阳相对的方向，这时如果地球和月亮的中心大致在同一条直线上，月亮就会进入地球的本影，产生月全食。如果只有部分月亮进入地球的本影，就会产生月偏食。所以月食有月全食和月偏食两种。