高中地理之天体观测:月相变化规律/太阳日出日落方位

若月球运行到地球背后(对应上图的满月),原本可被太阳光照亮的部分,因被地球阴影遮挡而不能被直射阳光照亮,使得位于地球的观测者无法看到普通的月相,则发生月食。

星空图

在星空图中,其方位为“上北下南,左东右西”(设想:躺在草坪上仰望星空,头北脚南,则左手为东,右手为西)

北斗七星

北斗七星斗柄春季指东,夏季指南,秋季指西,冬季指北(所指季节均为北半球季节),斗柄绕北极星呈逆时针转动

北斗七星和北极星
你能发现北斗七星吗?
  1. 北斗七星,是北半球天空的重要星象,古代人们根据北斗七星在不同的季节和夜晚不同的时间出现于天空不同的方位,用来定方向、定季节、定时辰。下图为2021年7月18日19时北斗七星的星象图,下图中四个选项中哪个是10月18日19时北斗七星在天空的星象图()

答案:(思考时间,不许看下面答案)

看完北斗七星后,我们接着看月亮。

月相

即在地球上看到的月球形状。“月有阴晴圆缺”中”圆缺“即月相变化。

就是你每天在晚上所见的月亮形状;而且不同日子里的月亮形状不一样,这就是月相变化。

观测月相可直接用肉眼观测。

不同月相照片

不同日期有不同的月相、不同月相有不同的命名,如下文中的上弦月、下弦月、新月、满月、凸月、峨眉月(残月)

不同日期有不同月相

产生原因很好理解:

  • 由于月球本身不发光也不透明, 在太阳光照射下,向着太阳的半个球面能接收到光线是亮区, 另半个球面接收不到光线是暗区,就像地球有昼夜之分。
太阳照射地球,有明显昼夜之分
  • 随着月亮相对于地球和太阳的位置变化,它被太阳照亮的一面有时对向地球,有时背向地球;有时对向地球的月亮部分大一些,有时小一些,这样就出现了不同的月相。
月相成因及变化规律示意图

当太阳、地球、月球恰好位于同一条直线上时

  • 若月球运行到地球背后(对应上图的满月),原本可被太阳光照亮的部分,因被地球阴影遮挡而不能被直射阳光照亮,使得位于地球的观测者无法看到普通的月相,则发生月食。但满月(望)时不一定发生月食,而是夜空中挂着一轮圆月(由于黄白道面不重合,详见下文)
  • 此时称为满月或望,一般在农历十五及前后。
  • 唐代诗人王建《十五夜望月》中写道:“今夜月明人尽望,不知秋思落谁家。”,写的正是中秋圆月,思亲思家之时,自己却无法与家人团圆。
月食成因示意图

问:既然月亮会在满月的时候因月食而消失不见,那满月不应是月亮会出现且最圆的时候吗?
答:由于地球公转轨道平面(黄道面)与月球轨道面(白道面)并不重合,黄白道面交角约5度;

大多数满月时,月球不在黄道面内,而是或偏北或偏南,不在地球阴影(地球影子带)内。我们依然可以看到整个被太阳照射的月球部分。所以并不是每个满月时,都发生月食,不然你怎么会见到亮如银盘的圆月呢?
不过,每年全球至少发生两次月食。虽然月食奇观出现次数不多,但还是有机会遇到的。

  • 若月球运行到地球与太阳之间(对应上图的新月),太阳光被月球遮挡,使得位于地球的观测者无法看到完整的太阳,则发生日食。但新月(朔)时不一定发生日食(自行思考)
  • 此时地球上的人们正好看到月球背离太阳的暗区,因而在地球上看不见月亮(相当于“黑月亮”),称为新月或朔。一般为农历每月初一。
日食成因示意图

问:日食在新月(朔)时一定会发生吗?
答:虽然每29.5天(月相变化周期)就有一次新月,但因为月球绕地轨道平面(白道面)与地球绕日轨道平面(黄道面)之间有大约五度的倾斜,而且日食发生条件之一是太阳、地球、月球恰好位于同一条直线上,所以并不是每一次新月都会出现日食。
事实上,大部分的新月都不会发生日食,大约一年只有两次左右,而且地球上只有部分区域的人可以看见日食。
奇观机会不多,但希望有幸遇到。

月食一般发生在满月(望)的晚上(农历每月十五及前后),日食一般发生在新月(朔)的晚上(农历每月初一)

正如《说文》所说“日食则朔,月食则望”。

  1. 2020年10月14日,天宇将上演”金星合月“天象,如果天气晴好,我国公众当日清晨将在东方天空,用肉眼清晰地看到一弯细小的月牙出现在亮如明珠的金星旁边。下列哪幅画正确表达”星月童话“天象(图中白点代表月球,黑点代表金星)()

答案:见下图(思考时间,不许看答案)

月相变化规律

照着月相变化规律示意图,仔细阅读,逐字阅读,直到自己能说出月相变化规律并画出月相变化规律示意图!

了解月相规律,我们自己就可以通过月相大致推测出农历中阴历日期,也可以大致预测月食现象、日食现象等天文奇观还有多久会出现。

初一至三十(29.5天)的月相变化
月相变化规律示意图

1.农历每月初一,月球位于太阳和地球之间。地球上的人们正好看到月球背离太阳的暗区,因而在地球上看不见月亮(相当于“黑月亮”),称为新月或朔。

新月

此时月相与太阳几乎同升同落,即清晨月出,黄昏月落,只有在日食时才可觉察它的存在。

2.新月过后,初二至初六,月球自西向东绕地球公转,从而使月球离开地球和太阳中间而向旁边偏了一些,即月球位于太阳的东边。月球被太阳照亮的半个月面朝西,地球上可看到其中有一部分呈镰刀形(月似弓),凸面对着太阳的西边,称为蛾眉月。

蛾眉月,月朝西,月似弓

如诗句“可怜九月初三夜,露似真珠月似弓”。

从地球上看,此时月球也是同太阳一样从东升西落,蛾眉月日出后月出,日落后月落,与太阳同在天空,在明亮的天空中,故看不到月相。只有当太阳落山后的一段时间(黄昏)才能在西方天空看到蛾眉月。

  • 下图为某天文爱好者于5月23日(农历初五)拍慑的月相照片

该照片拍摄的时间可能是当天的()(答案见上文中最后一句话)

A.凌晨 B黄昏 C.中午 D.午夜

  • 假设下图为某地某时段的月相分析图,根据昼夜分界线——晨昏线可得出此时地球上各地的地方时如6时、12时、18时、24时

图中月球的西半边亮,月面朝西,但在地球上只可看到其中一部分,为峨眉月。

如图示,月出应在当地地方时6:00到12:00的中间某时刻;月落应在当地地方时的18:00到24:00的中间某时刻。

从地球上看,此时月球也是同太阳一样从东升西落。前一半时间月相出现在东边(月出线到灰色短粗箭头的空间范围),后一半时间月相出现在西边(灰色短粗箭头到月落线的空间范围)。

3.约在农历每月初七、初八,由于月球绕地球继续向东运行,日、地、月三者的相对位置成为直角,即月地连线与日地连线成90°。地球上的观察者正好看到月球是西半边亮,月面(亮面)朝西,呈半圆形叫上弦月。

上弦月西半边亮,月面(亮面)朝西

上弦月约正午月出,黄昏时,它出现在正南天空,假设观察者位于北半球中纬度( 下同),子夜时从西方落入地平线之下,上半晚可见。

上弦月,西半亮,亮一半

如诗句“月落乌啼霜满天,江枫渔火对愁眠,姑苏城外寒山寺,夜半钟声到客船”就描写了上弦月的月相。

4.约在农历每月十一、十二,在地球上的观察者看到月球西边被太阳照亮部分大于一半,月相变成凸月(渐盈凸月)。

渐盈凸月

凸月正午后月出,黄昏时在东南部天空,月面朝西,然后继续西行,黎明前从西方地平线落下,大半晚可见。

5.农历每月十五、十六,月球运行到地球的外侧,即太阳、月球位于地球的两侧。由于白道面与黄道面有一夹角θ(θ平均值为5°09′)通常情况下,地球不能遮挡住日光,月球亮面全部对着地球,人们能看到一轮明月,称为满月或望。

如“海上生明月,天涯共此时”中的明月。

满月在傍晚太阳落山时的东方地平线上升起,上升时月亮高度位置较低,子夜时位于正南天空,清晨时从西方地平线落下,整夜都可以看到月亮。

满月从东边升起,月亮高度较低

6.再过几天,农历每月十八、十九,月相又变成凸月(渐亏凸月),月面朝东。

渐亏凸月

此时为黄昏后月出,正午前月落,大半晚可见。

请结合以上所学分析下面图某时刻地月系相对位置示意图

如果在地球上的A点看月相,会看到位于西边天的月球,且月球西边被太阳照亮部分大于一半,此时月相为凸月,月面(亮面)朝东。

7.农历每月二十二、二十三(甘二、甘三(二十后称“甘”)),太阳、地球和月球之间的相对位置再次变成直角,月球在日地连线的西边90°。这时我们看到月球东半边亮,月面朝东,称为下弦月。

下弦月,东半亮,亮一半

它在子夜时升起在东方地平线上,黎明,日出,时高悬,于南方天空,正午时从西方地平线落下,下半晚可见。8.再过几天,农历每月二十五、二十六,月相又变成蛾眉月,”晓风残月“,亮面朝东。

晓风残月,亮面朝东

此时子夜后月出,黄昏前月落,黎明前或清晨时可见。

9. 月球随后继续向东运行,又运行到太阳和地球之间,即原来的起点,月相变为新月(朔)。

可见,月相的变化依次为

新月(朔)(初一)

蛾眉月

上弦月(初七、初八)

凸月(渐盈凸月

满月(望)(十五,十六)

凸月(渐亏凸月

下弦月(二十二、二十三(廿二、廿三))

残月

新月(朔)(初一)

新月(也称“朔”)(初一)→蛾眉月→上弦月(初七、初八)→凸月(渐盈凸月)→满月(也称“望”)(十五,十六)→凸月(渐亏凸月)→下弦月(二十二、二十三(廿二、廿三))→残月→新月(初一)
总结

月球由A点经B点→C点→D点→E点→F点→G点→H点,月球绕地球公转一周,月相由朔到下一次朔所经历的时间间隔,即月相变化的周期,叫做朔望月(约29.5天)

这里注意辨析一下恒星月和朔望月,实在理解不了可以不用理解,知道就行~

恒星月:月球公转的真正周期 27.32日(月球绕地公转一周360°所用时间)

朔望月:月相变化的周期 29.53日(月球公转360°+29°所用的时间)

注意:左表中,27度有写错,应是29度

我国农历中的月份就是根据朔望月确定的。春节、 端午、重阳和中秋等传统节日和月相也有一定关联,其节日时间都是根据农历确定的。

月相成因及变化规律示意图1
月相成因及变化规律示意图2
  1. 下图为某日从北极上空看到的太阳系部分天体位置示意图,当天晚上,地球上某地能够观察到的月相及月球和火星位置关系正确的是()

选项:

答案:见下图(思考时间,不许看答案)

2. 月球公转周期27.32天,木星公转周期11.8年。下图为某日太阳系部分天体相对位置示意图。次月看到满月现象的当日24点,天体相对位置最可能是木星()

答案:见下图(思考时间,不许看答案)

3. 观察下图,完成(1)(2)(3)题

(1)对图示时刻及月相判断正确的是()

A.正月初七 上弦月月面朝东 B.三月廿三 上弦月 月面朝西

C.八月初八下弦月月面朝西 D.九月廿二 下弦月 月面朝东

(2)据图推断,当月球运行到公转轨道M点时,月出月落时间大致分别为()

A. 06:00,18 00 B. 09:00,21 :00

C. 12:00,24:00 D. 15:00.03:00

(3)下列与月球相关的说法正确的是()

A.理论上每个月有十天左右能看到“日月同辉”

B.中国天文历法中的“阳历”和“阴历”都与月相有关

C.当月相为新月时,地球上潮水上涨幅度最小

D.受日月引力影响,地球上一个月内有两次天文大潮

注:当月相为新月和满月时,日、地、月同处一线,月球和太阳对地球海水的引潮力叠加达到相对最大值,此时形成天文大潮

日、地、月同处一线,月球和太阳对地球海水的引潮力叠加达到相对最大值,此时形成天文大潮

答案:见下图

月相变化歌

初一新月不可见,只缘身陷日地中。

初七初八上弦月,半轮圆月面朝西。

满月出在十五六,地球一肩挑日月。

二十二三下弦月,月面朝东下半夜。

既然了解了月相变化规律,那就结合月相变化规律,来猜猜下面这张照片大概拍摄于几月几号几时吧?并判识出对应的农历日期

我国南方某小区,近日天气开始越来越炎热、且白昼很长
  1. 左图为太阳系部分天体某时刻相对位置示意图。右图为某学生当日看到的局部星空。完成(1)(2)题。

(1)该时刻肉眼在( )

A.火星天空中可以看见月球

B.月球上可见火星嵌在日面

C.火星上可见地球遮住月球

D.月球上可见火星悬在星空

(2)该学生面朝月球站立,其左侧为正东,此时为( )

A.清晨 B.正午 C.黄昏 D.子夜

2. 月球自转与其绕地球公转的周期相同,均为 27.32日,因此在地球上只能看见月球正面,看不见月球背面(如下图所示)。2019 年 1 月 3 日,嫦娥四号探测器成功实现了人类首次月球背面软着陆。据此完成(1)(2)(3) 题。

(1)嫦娥四号探测器在月球上经历的一个昼长约为( )

A.12 小时 B.24小时 C.14 天 D.27.32 天

(2)嫦娥四号探测器登陆月球背面后,在 1 月 4 到10 日进入休眠状态,是因为正值( )

A.夜间 B.白昼 C.低温期 D.高温期

(3)1 月份,嫦娥四号探测器测得月面最低温度为-190°C ,此时最可能是( )

A.6日前后 B.12日前后

C.20日前后 D.28日前后

3. 某旅游团希望在杭州西湖欣赏“雷峰(塔)夕照”的同时,也领略“月到中天(月亮高度最大),水面风来”的情境。(注:月球公转周期约为30天,农历初一月球在天空中的视位置最靠近太阳)。完成下列(1)(2)(3) 题。

(1)若该旅游团在某日16时左右看到了“月到中天”,则该日是农历( )

A.初二 B.初五 C.初八 D.十一

(2)若该旅游团在某日18时40分左右看到“月到中天”,则该日是农历( )

A.初二 B.初五 C.初八 D.十一

(3)若该旅游团在18时40分左右看到“月到中天”,并欣赏到“雷峰夕照”,那么这时( )

A.华北平原小麦丰收在望

B.长江三角洲油菜花盛开

C.松嫩平原稻谷飘香

D.山东半岛瑞雪迎春

答案:见下图(思考时间,不许看答案)

4. 回答下列(1)(2)(3) 题。

(1)写出月相变化的规律,说明农历上半月和下半月月亮凸出方向不同的原因。

(2分析高纬度地区的居民更希望有“人造月亮”的原因。

(3“人造月亮”计划引发了众多科学家的争议,分析“人造月亮”的弊端。

答案:DDCDDBCA(为什么?自己在上文中相关知识点处寻找答案)

4.(2)纬度较高地区大部分时间昼短夜长,尤其极地地区冬半年还会出现极夜现象,漫漫长夜对人类活动十分不利;城市靠电力照明会导致会消耗大量能源;人造月亮可以增加高纬度地区的太阳辐射

(3)①科技水平要求高,造价高(人造月亮需要保持静止轨道,难度较大,巨大反射面不易顺利打开)②给人类和动物带来困扰,带来光污染,改变地球某些区域的生物模式③影响天文观测④人造月亮反射太阳光,光源不稳定,易受云层干扰。

太阳日出日落方位

我们如何判断太阳日出和日落时在空中的具体方向和位置呢?

首先回想下晨昏线地球公转

地球自西向东自转,于是白天转向黑夜,黑夜转向白天

通过观察地球的光照图,我们可以看到一条明显的昼夜分界线,这就是晨昏线。

晨线上表示日出时间,昏线上表示日落时间。

初中地球公转示意图

地球公转示意图
地球公转示意图分析

再开始分析判断太阳方位。

当太阳直射点位于赤道时,即春分3月21和秋分9月23日这两天前后,光照图(下图)中晨昏线是不倾斜,就是与经线重合,根据阳光与晨昏线垂直的特点,那么,晨线上任何地方看到的日出方向都是正东

昏线上看到的日落方向都是正西(如下图)

所以,春分3月21和秋分9月23日这两天前后,日出正东,日落正西

当直射点到达北半球之后,晨昏线倾斜,晨线上任何地点看太阳都是东北升起(发生极昼的地区除外)(如下图)

昏线上任何地点看太阳都是西北落(发生极昼的地区除外)(如下图)

所以,太阳直射点在半球时(3月21日~9月23日),日出东北,日落西北

当直射点到达南半球之后,晨昏线倾斜(如下图),晨线上看到的日出方位为东南

昏线上看到的日落方位为西南(如下图)

所以,太阳直射点在半球时(秋分至下一个春分),日出东南,日落西南

总结:
直射点在赤道: 全球太阳正东升,正西落。
直射点在北半球:全球太阳东北升,西北落。
直射点在南半球:全球太阳东南升,西南落。

  1. 2022年4月17日,南京郊外大约日出前一个半小时,在东方天空拍到四星连珠,从地球看去它们排成一直线,四星汇聚在约30度左右的范围内。据此完成下面(1)(2)小题。

(1)下列说法正确的是()

A.1小时后木星大约移动到金星的位置

B.一天中四星在天空的相对位置固定不变

C.悉尼该日观测到的火星最大高度角相比南京小

D.四星公转轨道面平行

(2)若图中甲地为正东方向,则()

A.日出位置在甲地右侧

B.天空中四星与太阳运动方向一致

C.此刻土星为正南方向

D.四星由左到右的顺序符合八大行星由内到外的顺序

答案:(1)C (2)B

问:那月球上看太阳也是东升西落吗?
答:相对于太阳,月亮是自转周期约30天的星球,且自转方向也是自西向东。
所以月亮上的太阳也是从东边升起,西边落下,与地球类似。只不过,地球是每天能看到一次日出日落(地球自转周期约1天)。月亮上每个月能看到一次日出日落。

综合天体方位

中国古人称金星为“太白金星”,因其在夜空中亮度仅次于月球。其清晨出现在东方天空时,被称为“启明星”;傍晚或晚上(上半夜)出现在西侧夜空时,被称为“长庚星”

在地球上日出之前,金星已提前升至地平面之上,看到金星后不久,太阳就会升至地平面之上,此时看到的金星出现在天亮前后,即为启明星。

金星启明,日出东方

在地球上日落之后,金星才从西边升至地平面之上,此时看到的金星出现在黄昏或晚间时分,即为长庚星。

日落黄昏、长庚照夜

所以

  • 若一张拍摄星空的照片上有金星,且金星在东方天空,则可推断该照片拍摄于清晨或日出前(太阳东升之前)时分,阳光照射东方。
  • 若一张拍摄星空的照片上有金星,且金星在西侧夜空,则可推断该照片拍摄于晚上或日落后(太阳西落之后)时分,余晖洒向西方。

由于月球靠近地球,所以以上规律也可大致适用于月球上。

答案:见下图(思考时间,不许看答案)标注分析

2. 月球与八大行星一样作自西向东公转,在地球上的观测者可以观测到月球、地内行星经过太阳表面的天象,且前者比后者经过日面的时间短。若观测者在甲地某日先后观测到月球、水星经过太阳表面的天象,则第二天正午三大天体在星空中的位置可能是()

答案:见下图(思考时间,不许看答案)画图分析

3. 读某探测器在月球背面中心拍摄的星空照片(下图),完成下列小题。(解析待更)

(1)该照片拍摄当日最可能是农历()

A.初七 B.十六 C.廿二 D.卅(三十)

(2)该照片拍摄当日地球与图中三颗行星在太阳系的分布状况(E表示地球)可能是()

答案:见下图(思考时间,不许看答案)推理分析

4.下列图左为我国某地天空观测到的“双星伴月”奇观,图右为太阳系部分示意图。据此完成下面小题。

(1)图左观测的时间可能为()

A.黄昏 B.子夜 C.清晨 D.正午

(2)观测到图左奇观时,月球可能位于轨道上的位置及观测方位()

A.1、西南 B.2、西南 C.3、东南 D.4、东南

答案:CD(为什么?自己在上文中相关知识点处寻找答案)

5. 金星是距离地球最近的行星,在夜空中亮度仅次于月球,金星要在日出稍前或者日落稍后才能达到亮度最大。古人通过观测发现它只能在天亮前后或黄昏时分短暂出现,其他时间通常无法看到这颗亮星。因此,在中国民间,金星就有了两个名字:在天亮前后出现称启明星,黄昏时分出现称长庚星。读图,完成下面小题。

(1)在地球上看到长庚星,则金星最可能位于图中的()

A.①处 B.②处 C.③处 D.④处

(2)某些特殊时刻,从地球上可以看到金星就像一个小黑点一样在太阳表面缓慢移动,天文学称之为“金星凌日”。该现象发生时,金星一定位于()

A.①处 B.④处 C.②处 D.③处

答案:见下图(思考时间,不许看答案)推理分析

6. 2020年4月15日12时(北京时间)某地观察到火星、木星、土星位于月球旁边(见下图),出现“三星伴月”天象,火星、木星、土星公转周期依次变长。

一天后观察地见到四个天体位置图是()

火星、土星、木星这三颗行星距离地球的距离很远,它们的公转周期相对于月球的公转周期而言,是很长的,所以仅经过短短一天时间,这三颗行星的相对位置基本未变。

相对于这三颗行星,月球距离地球近,绕地球公转周期短,又据材料火星、木星、土星公转周期依次变长,经过一天后,月球会更靠近公转周期较短的火星(轨道半径越大,公转周期越长,上文恒星系统中提到过)

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