“不要指着月亮起誓，因为月亮变幻无常，以免你的爱也同样易变。”——《罗密欧与朱丽叶》
月亮是离我们最近、最熟悉的天体，也是我们人类目前唯一涉足的地外星球。月亮的阴晴圆缺在我们看来似乎理所当然，因此我们很少去思考月亮是如何以及为什么在变化。今天我们就详细说下月球轨道变化下的一些天文现象，以及什么是超级月亮，蓝色月亮，恒星月，朔望月，月球天平动和血月？
超级月亮的来历：轨道偏心率
我们知道变化无常的月亮是物理学的产物。它是引力、轨道进动和偏心率的产物。
约翰内斯·开普勒（Johannes Kepler） 是第一个认识到天体轨道实际上都是椭圆的人；在太空中没有完美的圆形轨道。相反，所有的天体轨道都有两个中心，或者称为焦点。两个焦点之间的距离可以很近也可以很远，当焦点靠得越近，轨道就越圆。距离越远，椭圆或偏心率越明显。
关于行星的椭圆轨道问题，大家可以通过头条APP搜索栏搜索“行星轨道为什么是椭圆的？”里面有很多详细的解释！这里就不赘述了。
我们根据轨道的偏心率，即偏离圆形轨道的程度来定义天体轨道，给出一个介于0和1之间的值，其中0是圆，1是抛物线逃逸轨道。以太阳系为例，地球轨道的偏心率为0.0167，其中一个焦点与太阳的距离约为三倍太阳直径。
以天文标准来衡量，地球的轨道已经很圆了！而冥王星的偏心率e = 0.25，更接近数值另一端，因此冥王星的偏心轨道在一年中会进出海王星的轨道，与海王星轨道发生重合。
行星的椭圆轨道意味着，行星在轨道上有时会离太阳近，有时则较远。我们称之为近日点和远日点。本文我们重点讨论的是地月系统，所以对月球来说就是“近地点”和“远地点”。月球的轨道偏心率为0.0549。不算太大，但这也足以引出月球在天空中的一个现象：超级月亮。
超级月亮其实只是一个名词；月亮还是和以前的月亮一样。这个术语指的是在月球近地点或近地点发生满月时，在地面上我们看到的月亮在大小和亮度上会发生变化。近地点与远地点的满月相比，超级月亮可以比平时大15%，亮30% !
近地点的满月永远不会直接跟在远地点的满月后面出现，反过来也一样，所以我们永远没有机会像上图显示的那样进行直接的对比。而且很多满月都不是发生在近地点或远地点附近，而是介于两者之间。事实上，月球轨道每天、每月、每年都在经历着一系列的渐进变化，而这些不同的变化时不时地叠加在一起，就形成了某种神奇的天文现象。
首先，我们来看看月亮在天空中最明显的变化方式，那就是每天都会发生改变的相位。月亮在天空中的位置变化是导致月相变化的真正原因。
朔望月和蓝色月亮
我们日历上的月份实际上是根据月球的轨道来计算的，但并不是所有的月球月份都是相同的。有恒星月、朔望月、分至月、近点月、交点月。每种类型的月份反映了月球完成一系列周期所需的时间：相位、背景恒星、轨道上的特定点等等。
大多数人所熟悉的月份是朔望月（农历月）：月亮从满月到新月再到满月的时间周期。月相的变化也是最容易观察到的！如果我们经常观察月亮的圆缺，可能会注意到某些月份有时会有两个相同的月相：最明显的是两个满月，第二个满月通常被称为蓝色月亮。这是因为朔望月比公历月短，约为29.53059天。因此我们的农历每两到三年会增加一个闰月，即一年13个月。
使情况更加复杂的是，月球的轨道在进动。这意味着近地点（或远地点）不会发生在月球绕地球每一圈的同一位置。一个近点月被定义为月球回到轨道特定位置的时间长度，近地点到近地点或远地点到远地点。一个近点月实际上比一个朔望月短两天左右，约为27.554 550天。因为地球绕着太阳转的时候，月球也在绕着太阳转；月球需要额外多转一个角度，就能与地球和太阳保持正确的位置，从而产生相同程度的光照或相位。这就是为什么月球的相位和它在轨道上的位置之间没有固定的相关性。
然而，每隔8.85年，月球的轨道就会经历一个完整的进动周期，整个过程又会重新开始。
月球天平动，我们实际可以看到59%的月球表面
月球轨道的平面相对于太阳系的平面（我们称之为黄道平面）倾斜了大约5.15度。这意味着月球在一年的时间里在天空中上升或下降超过10度。
最重要的是，月球在其自转轴上有很小的轨道倾斜（只有1.5度），而且近地点和远地点的公转速度不一样，这样就会造成月球在绕地球公转是发生振动，我们称之为：月球天平动。
月球天平动是从地球上观测到的月球振动。要充分理解月球的天平动，请回忆一下，月球实际上是潮汐锁定在地球上的。这意味着，当月球绕地球公转时，月球的同一面总是面对着我们。这似乎意味着我们只能从地球上看到月球表面的50%。如果月球有了天平动，我们会多看到一些月球的表面积。
通过上图这个动画可以看到，月亮在上下左右摆动。其发生的事情有三个方面。
- 首先，月球轨道的偏心，使得月球再近地点和远地点公转速度和自转速度不同步，导致我们可以在左右经度上多看到8°，我们称为经度天平动，即左右摆动。
- 第二，纬度天平动，即从月球上到下的摆动，是月球轴向倾斜和轨道相结合的结果。（这个和地球绕日公转一个道理）
- 最后，视差天平动，因为月球与地球的距离只有60倍的地球半径，会让我们在经度和维度上多看到1°的月球表面
将所有这三个振动加起来，我们实际上能够看到月球表面额外的9% ！
月食和日食
月球绕地轨道和太阳赤道平面（黄道）的倾角还会给我们带来一个额外的结果：月球每个月都会穿过太阳系的黄道平面。这个交叉点意义重大，因为这些交点是日食、月食发生的唯一时间。每一个朔望月，月亮就会经过太阳和地球之间。同样地，每一个朔望月，地球也会在太阳和月球之间运行。然而，我们并不是每个月都有日食或月食。这是为什么？因为交叉点和太阳、月球、地球组成的直线必须重合。这样月球才能在地球前面遮挡太阳或地球才可以将影子投到月球上。我们称之为：合相！
当发生月食的时候，地球的影子投在月球上，我们会发现月球呈现出了红色，称之为：血月。血月其实也只是一个名词。有人可能认为月全食还不够刺激，于是就起了一个耸人听闻的名字。
通常，我们会认为影子是黑色的；地球从太阳前面经过，并在月球上投下阴影。然而，地球并不是完全不透明的；地球的大气会允许阳光通过，并发生散射和折射现象。当阳光通过较厚的大气层时（地平线附近和高空），就会变红，创造出日出和日落的红色太阳。
还有当光从一种介质到另一种介质传播时，会因不同的颜色或波长而发生不同的弯曲。波长不同的光其折射率不同。
因此，蓝光会被大气散射，而红光在穿过大气层的路径中占主导地位。在月食期间，阳光不仅会进入地球大气层，也会穿过大气层，其中一些会落在月球上！被适量折射的红光可以照亮月球表面，并将其由黑色变为红色。如果你在月全食期间站在月球上，你会同时看到地球上所有的日出和日落。因为整个地球大气外层都是红色的。
以上就是我们的月球包含的所有物理学现象。