【13】月亮知多少之一                             作者:陳瓊芬

★ 第一學期課程結束了,對其亞老師的班上而言,沒有跟老師一起討輪天文知識,可讓這個假期遜色不少,於是在假期剛開始不久之後,班長子涵就邀集了住在附近的同學,打算到老師家中拜訪。子涵事先與老師通過電話,知道老師什麼時候有空閒的時間。於是約定的日子一到,同學們便浩浩蕩蕩的往老師小公寓的住處出發。門鈴聲響過之後,其亞便為大家開了門。
同學們:老師好。
其亞:小朋友好,快進來吧!玉兒老師已經幫大家準備好點心了。
同學們:太棒了。
★ 說完,大家一窩蜂的跑了進門。而在一旁的玉兒,不停微笑與小朋友們打招呼。
齊齊:老師,假期好無聊喔!我們寧願跟您一起上課,聽您說天文的故事。
萱萱:對啊!我也好想聽老師說奇妙外太空的事情耶。
其亞:好啊!如果大家這麼有興趣,不如趁這個機會將問題提出來,讓老師一起來跟大家聊一聊天上的事。
小胖:我有問題。
其亞:小胖,你說說看。
小胖:老師,我覺得很奇怪,為什麼晚上的時候,每次我走一步,月亮就跟我前進一步,月亮會跟蹤人家嗎?

★ 一向呆頭呆腦的小胖突然問出這樣的一個問題,害的大家都笑了。
老師:不要笑喔!這的確也是好問題啊!不然你們來說說看,為什麼月亮會跟著人走?
阿鼎:這還不簡單,因為月亮距離我們很遠,體積又很大,它對地球的相對角度也很大,以人類的體型來說,月亮這個龐然大物當然好像會移動,其實這全都是視覺在作怪。
老師:沒錯,阿鼎說的很對。其實不只是月亮,就連星星都好像會跟著人移動。要說明這種現象,其實可以從近處比較起。以坐火車為例,我們在火車中,所看到的景物都是飛快的向後奔跑。最近的地方最明顯,遠處的房子或景物,就會顯的慢一些,如果再遠一點,像是高山或是某一個遠方的標的,你會發現,它是以緩慢的速度跟著我們一段時間之後才消失。這是因為視覺角度的關係。視覺是一種很奇怪的東西,他在觀測天文上有很特殊的意義。你如果把兩隻眼睛的中間當作一個點,點的正確位置放在腦後,以腦中的這個點像兩眼延伸,你如果加遠處的東西當作底線,以數學原理來說越近底線越短,越遠底線越長,所以近處的東西很容易就跑出這個三角框,但是遠處的東西卻會在這個框中待很久。月亮之所以會看起來跟著人走,就是因為這種原因。但是大家都知道,月亮其實是運動中的一顆行星,他離我們近,所以動作被看的一清二楚。至於那些離我們遠的不得了的行星或恆星,他們移動的速度大過月亮,卻反而看不出來有移動的痕跡,那就是距離在作怪。所以恆星在千百年似乎是不動的,但是實際上,它在宇宙中運動的速度,可比這一顆小小的月亮快多了。說到月亮,大家對月亮了解多少呢?

齊齊:我知道月亮為什麼有時候變大、有時候便瘦。
老師:好啊!齊齊,你來說說看。
齊齊:因為月亮夾在地球跟太陽的中間,當月亮跑到地球與太陽的正中間,我們就看不到它,但是當它漸漸的移動,我們就又一點點地看見他了。因為是漸漸的,所有就像一個圓形的東西漸漸出現,看起來像一彎香蕉。
老師:雖然這樣的說法對你們的年齡來說可以算對,但是應該可以有更仔細的解釋。老師在說明之前,要先說一個笑話。古時候的國家並不知道月球為什麼有圓缺的真正原因,所以流傳了很多解釋。有一個稱為八比崙人的民族,他們認為月亮有一面是亮的,一面是暗的,當月亮漸漸將暗的地方轉像我們,就會出現缺陷。等月亮又轉回去的時候,就會又漸漸亮起來。在中國,我們一度以為月亮自己發光的,它因為有光亮的週期,所以時間一到就有一部分慢慢變暗,下一個週期開始,月亮又恢復發光的能力。這些想法一直到天文新知廣泛流通之後,月亮的週期原因才被理解。我們來做一個實驗;你們拿一顆籃球,然後再拿一顆小白求,然後在遠處置放一顆一百燭光的電燈泡,接下來,你先將在籃球的外圍等距離的地方畫上一個圓形。老師可先說,月亮的軌道是接近圓形的橢圓,而不是圓形喔!我只是為了實驗方便,所以讓你們畫上圓形。然後,你們將白球依照圓形軌道移動。這時候你會發現,當月亮在太陽與地球的正中間時,整個陰影都面對地球,所以地球看不到月亮。

小胖:不會啊!我還是可以見到白球。
老師:那是因為東西小,亮度大的關係。但是你要想想,在浩瀚的宇宙中,我們距離月亮這麼遠,可不像是這顆小白球喔!大家都知道,月亮其實自身並沒有光與熱,它是藉由太陽光才使它展現全貌於世人面前。對人類的視覺來說,月亮在距離四十萬公里的天外,當它將陰影面對我們時,我們是絕對沒有能力看見它的。
小胖:原來是這樣。
老師:沒錯,現在大家在仔細看好,當我們將小白球由西向東移動時,小白球上會有一部份的面積漸漸光亮起來。一直到在地球的背後,也就是當太陽穿過地球再照射月亮時,月亮此時就可以被看見全貌了。小朋友一定不知道,什麼叫做上弦月,月亮漸漸要變大的時候,稱為上弦月,當月亮由滿月轉小的時候,就是下弦月。其實,用籃球來作實驗不是很清楚,你如果拿自己的頭當作地球來作實驗,會正確一點。只是做實驗時,女生要記得將頭髮綁住,避免視覺誤差。
萱萱:老師,那剛出現的月亮跟快結束的月亮要怎麼分辨?

老師:這可以有三種分辨方式,第一種,每個月農曆初三初四之後所看見的月亮就是新月,農曆二十五六所看見的就是殘月。第二種,必須是在不同的地方有不同的判別方式,先以台灣來說,新月的時候,月亮是一個開口斜朝上的彎月,殘月則是開口向下。第三種,就是新月通常早早就出現在天邊。殘月則是到了深夜甚至清晨才出現。
齊齊:說到這個,我才想到一個問題!老師,為什麼有時候下午三四點就可以看到月亮,有時候天亮了月亮卻還掛在那裡。
老師:這就是因為行星的距離和旋轉速度的關係。月亮離我們很近,它繞地球一圈的時間只需要一個月。當它由西向東跑到地球正前方時,這時它與地球、太陽之間的夾角很小,當它向側邊奔跑時,在地球上仰望,好像太陽還在天空,月亮就已經出現了。其實,你剛剛說三四點並不正確,那是因為光線的亮度在這時候才看見月亮,所以你們通常在當時才會注意到它,否則以台灣地區的仰角,它最早可能在兩點就出現地平線上了。
齊齊:那這麼說,月亮只在夜裡出現,這句話已經不成立了。
老師:早就不成立了。當他們研究天文之後,就已經很明確的知道,月亮可以在大白天高掛天空。
阿鼎:老師,從書上說,月亮上有高山有大海,那麼為什麼不能夠有生命?
老師:月亮上的大海跟高山只是一種名詞,那些山是真的,但是海卻只是一個凹形的大窟窿。
小胖:那它為什麼不生一些水呢?
老師:因為它裡面的元素幾乎跑光了,所以無法造就自己的生命啊!
小胖:怎麼會跑光呢?
老師:那是因為月亮上沒有大氣層。
小胖:那就放一個大氣層嘛!
★ 小胖說到這裡,大家已經笑翻天了。

老師:大氣層形成的原因跟自身的條件很有差別,老師已經在課堂上說過了。以九大行星為例,以目前科學家的能力,只知道地球跟火星有合適生存的氣層,其餘的星球截至目前為止,並沒有機會發現相同的東西,但是這樣的認知在什麼時候會隨著科技進步而改變,誰也不知道,簡單的說,人類說不定再下一個世紀對其它星球又會有著重大發現,這時候原本的說法又會被推翻。總之,大氣層之所以會存在,必須是該星球的引力足以捉住氣體。月亮的引力只有地球的六分之一,它自身的力量不足,所以抓不住氣體。其它星球的周邊雖然還有一些空氣,但是那些空氣中可能缺乏生物可以運用的氣體。不過這些說法目前都只是判斷而已。
齊齊:老師,星球的引力跟什麼條件有關係。
老師:最簡單的原理就是質量。質量大的星球,它自身的引力也就會大些。當然,這還有成分的因素在裡面。所謂質量就是說一個物體的體積與密度的關係。以一團棉花來說,它的體積很大,質量卻很輕,要是拿一個同樣大小的石頭,那質量就大多了。
齊齊:那依照老師這麼說,比地球輕的星球,有大氣層的機會不是很少嗎?

★ 聽完齊齊的話,老師思考了一下,因為他突然不知道如何回答。


老師:嗯~~這樣的說法並不完全正確,但是卻不能說錯,這樣吧!我以九大行星為例,跟你們一一說清楚。我們先從最接近太陽的水星說起。水星是一顆最接近太陽的行星,也因為此,它星球上的溫度長年高達四百度以上?它很小,比月亮大不了多少,所以它自身的引力很小,這一點不需要懷疑。至於它不能有氣層,一來是真的質量太小了,二來是因為極度高溫,像這樣的溫度,所有的氣體或液體都會膨脹揮發,就算有引力也無法造成氣層。因為氣體在高溫的狀況下,能夠產生快速運動,所以氣體便容易流失,不過這倒不是說氣體全部就會通通跑光光
,它的周邊一樣會因為引力而留下一部分氣體。
子涵:老師,水星這麼小,為什麼還能繞太陽轉。月亮也這麼小,卻只能繞我們地球轉呢?

老師:月亮之所以會繞地球跑,是因為它是一顆距離地球最近的一顆,它受到太陽的引力遠遠的小過受到地球的引力作用,所以只能繞著地球跑。水星的質量輕
,但是它接近的可是太陽,當它一被太陽強而有力的力量捉住,就逃脫不了。月亮繞地球與水星繞太陽的意義有些不同。水星距離太陽雖然比月亮距離地球遠上好幾萬倍。地球引力小,月亮要很近才受影響。太陽引力大,這是因為一顆恆星的質量要遠遠高出行星很多,他造成的引力,也不是你們可以想像的。所以水星雖然又小又遠,但是一樣可以繞著太陽跑。而且,它跑的可快哩!你們知不知道,水星的一年有多長?
同學們:不知道。
老師:八十八天。大家想一想,地球只有這麼大,月亮繞一圈都要花上一個月時間,但是太陽大出地球這麼多倍,而且水星的軌道也遠遠大過月球的軌道。但是它卻只需要八十八天,那同學想一想,它跑起來的速度有多驚人?但是比起地球的自轉速度,水星的自轉速度又遠不如地球了。地球這麼大,自轉一圈只需要一天而已,但是水星這麼小,自轉一圈卻需要八十八天。換句話說,因為自轉跟公轉的速度一樣,所以水星永遠只有一面朝著太陽,這個道理跟月亮永遠一個面朝著地球一樣。也因此,水星上面,半個星球是高達四百度的恆高溫,而另一邊則是零下不知幾度的恆低溫。這也是該星球生物無法生存最大原因。

子涵:老師,我突然想到,你剛剛說月亮在與太陽成一直線之後,在觀測上是無法看見的。那同樣的道理,水星在地球與太陽的中間機會很大,這是不是就是我們從地球上很難看見水星的原因啊!
老師:沒錯,子涵很會舉一反三,的確,這就是水星難以被觀測的原因,一來因為水星小,二來就是因為水星的位置接近太陽,以地球的仰角來說,必須是傍晚或清晨才能見到它的芳蹤。
阿鼎:那金星呢?金星是不是也是這樣啊?
老師:金星還好。因為金星距離地球比較近,在軌道運作時,因為大家的軌道都是橢圓形的。所以有遠、近距離的分別。金星離地球最近的時候,大約只有四千一百萬公里,由於距離近了一些,看清楚它的機會也多了一些。
阿鼎:不對啊!我記得老師上課的時候,曾經強調金星是一顆難以觀測的行星,為什麼又說它看的比較清楚,這樣的說法不是前後矛盾嗎?
老師:大家別誤會。這裡所謂的看清楚,是指它可以在夜空中被分辨出來是金星,不會因為角度或光線而難被尋獲。至於說它不容易觀察,是說它的表面狀況。我說過,金星上面有霧狀的物質環抱住它,以至於遮蓋它的表面,讓科學家難以觀察它的地表情形。金星裡面的物質是什麼,目前眾說紛紜,沒有人知道,但是它卻使得金星的地表因為這樣的遮蔽,失去了充足的陽光。

齊齊:老師,以前有人在傳說恐龍時代的斷層變化,曾說在當時,地球上可能出現了遮蔽陽光的霧團,那這麼說,金星此時的情況,跟地球的恐龍時代十分相似囉!
老師:你的說法倒是很有趣。我不能明確的回答你這兩種是不是相同的,但是我到是可以分析一下你的說法。我們先從地球說起我們知道,恐龍時代佔據了地球約有百萬年之久,它呈現斷層現象時,地表的泥土明顯的有兩代差異,就是從黏土到灰岩!有科學家說過,地球應該有一段時間出現迷霧,以至於遮蔽陽光,讓冰河時期出現,所以生物大量滅亡。當時,迷霧狀應該是大氣層裡有的東西如灰塵、某種氣體與水氣等等。金星的現況,是有一團黃色的迷霧,這種顏色讓人懷疑是風沙。但是就成份而言,根據光儀顯示,這裡面應該有水蒸氣跟大量的二氧化碳。至於它有沒有氧?卻因為遮蔽的關係,無從證實起。若要說兩者是不是相似,我們不能妄下斷言,但是這確實是很有趣的比較。做一個有趣的假設,萬一兩者真有相同之處,之後金星的情況慢慢穩定,也有了合宜的空氣跟陽光,那千萬年之後,我們的地球可就有外星朋友了。
小胖:老師,這樣說好可怕,萬一外星人飛過來呢?
老師:別傻了,等到金星進化出外星人,你大概已經不知道在哪裡了!還有,別忘了我們的主題,地心引力?從金星上的迷霧不散看來,金星上也有很強的引力,至於這個引力是多少,我們因為不在現場,所以無從比較,但是至少我們知道,它的引力大的可以拉住氣體。

齊齊:老師。您以前說九大行星中只有地球跟火星有大氣層,現在又說金星有能力拉住氣體,這是不是它的大氣層啊?
老師:這麼說吧!每一個星球上都有自己的引力,引力的多少將可以幫助留住多少星球上的水氣與氣體。事實上,地球對於天文的知識真的很有限,很多知識都還在進步當中。以前我們只求證了地球跟火星有合適生物的氣層,這種說法只能解釋在火星的空氣裡面,有可以適合生物生存的空氣,但是不代表其餘的星球就不會有空氣存在。月亮有過水氣跟其它氣體的存在,但是因為引力不足,它的拉力低過氣體彼此間奔跑的速度,所以氣體與水氣都會流失,漸漸成為今天的它。大家不要以為月球沒有氣體,它直到現在還有,只是很稀薄很稀薄,以它的能力,能拉住的只有這些。其他的行星都有自己的引力,凡是引力大過氣體奔跑速度的,都可以留下該氣體。九大行星中,不是每一顆行星都有足夠的引力拉住自身的空氣。但是老師以前就說過,有些行星雖然不夠成一圈大氣層,但是貼近他們的地面的地方一樣有空氣,這些空氣或許不是氧,但絕對有,只是多少罷了!而且以人的高度來論,他們拉住氣體一樣會環抱成一圈,若從該地表算起其高度也很可觀。金星上有迷霧,足以見得它有拉力可以造就自己的氣團,但是這是不是一如大氣層地結構,科學家沒有定論。好了,既然說到這裡,也不需要一個星球一個星球比較了,大家只要知道,就算有一圈大氣環抱在行星上,沒有氧氣與水,或者是溫度剛好的陽光,生物一樣不能出現。至於九大行星中,誰質量大?誰的地心引力最大?我想並不是沒有生物的關鍵。有大氣層不代表有生物。各星球都有自身的氣體,這些氣體充塞在星球附近卻並不是合適動植物生存的大氣層喔。總而言之,每一個星球都有氣體存在,只是量多量少與成分的差異罷了。
★ 這時候在一旁聆聽的玉兒終於插嘴了。
玉兒:好了,大家也該休息一下了,桌上有好吃的點心,自己動手不用客氣。
同學們:謝謝老師。
★ 親愛的小朋友,吃過點心之後,同學們不知道又要問老師哪些有趣的問題呢?歡迎喜歡天文的小朋友,一起期待下一段的故事。

 

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