月球观测小谈 – 星明天文台

作者|王思亮

审核|郑成卓

编辑|史玲玲

当你拥有了一架天文望远镜，往往会将其对准月球，并且惊叹于其表面的坑坑洼洼以及明暗对比。作为地球的忠诚伴侣、唯一天然卫星，月球自古以来就吸引着人类的目光，并且是迄今为止人类唯一踏足过的地外星球。上世纪50年代末到70年代初，前苏联与美国向月球发射了数十个探测器，而美国的阿波罗计划在这一时期完成了6次载人登月。如今全球又掀起新一轮探月热。近日，继我国载人登月初步方案公布之后，载人月球探测任务新飞行器名称也正式确定，新一代载人飞船命名为“梦舟”，月面着陆器命名为“揽月”，它们将与长征十号运载火箭一起完成中国载人月球探测任务。

如果要专门观测月表特征，应该选择什么时机呢？人们往往认为只有满月时是最佳的时机，因为此时太阳直射月球朝向地球的那一面（通常称为月球正面），这使得月球正面的亮面面积最大，亮度最亮，这时一轮满月高悬天空，给人们带来了十分深刻的印象。但实则不然，在倾斜的太阳光照角度下的月球，向人们展示着更为丰富的月表光影细节，同时也可以避免满月时，月光经望远镜汇聚后刺眼的光芒和耀眼的辐射纹对观测造成的影响。东汉末期的大文豪曹操就有诗赋曰“月明星稀”，月球的视亮度可达-12.5等，是除了太阳以外最明亮的天体，亮度相当于百米开外一盏40瓦白炽灯泡，足以照亮半边天空。

月面详图|来源：杭州天文爱好者协会

观测月球对器材的需求很低，但是也拥有极高的上限。既可以裸眼观测月相、尝试识别月海以及大型环形山，也可以使用大口径望远镜拍摄多幅马赛克并后期拼接，以拍出上亿像素的超清照片。使用高倍望远镜目视（尤其是搭配了双目装置的设备），就好似登月勘探的感觉。地月平均距离约为38万公里，在地球上用望远镜观测月球，如果放大300倍，就相当于在距离月表约1000公里的高度裸眼观测月球，这时观测者之于月球的距离就和绕月运行的航天器近似，可以看到海量的环形山细节。在月球的晨昏线附近，这些环形山的阴影会被大幅度拉长，与被太阳直射的满月形成鲜明对比，极具立体感。

在月球上有很多值得一看的特征，而并不只是初看上去似乎别无二致的坑坑洼洼。从著名的哥白尼环形山及其辐射纹到宏伟的阿尔卑斯山脉，从壮观的施勒特尔月谷到美丽的虹湾，从神秘的直壁到难得一见的月球X，月球上蕴藏着数不清的美妙景象等待人们去挖掘。更多目标可以参考东莞科学馆刘晶老师牵头制作的带月面地形标注的超高清月面地图，他们在近期发布了包含1294个标记的4.5亿像素第3版中文月面地图。本人之前根据自己的观察经验，结合其标注图并参考了Lunar 100以及鲍国全先生的《月球摄影观测图册》，适量选取了72个较有观察趣味的月表特征作为“观月72清单”（见本文附表及参考资料4），希望能满足一些爱好者的入门兴趣。篇幅有限，这里就不逐一列举介绍月表地貌的具体情况了，建议感兴趣的爱好者可以阅读鲍国全先生的《月球摄影观测图册》（包含上下两册），并通过望远镜去亲自感受月表观测的美妙。

月面图|来源：国家天文科学数据中心，东莞科学馆刘晶老师

观测月球特征时，可以结合望远镜分辨率以及特征的实际大小进行预估。一台6英寸的望远镜拥有0.8角秒的解析力，相当于能分辨出月面上长度约2千米的物体。如果你想从一幅月球地图上估计某一月表特征的实际尺寸，那么有一种比较便捷的方法：已知月球的直径是3476公里，D是月球地图上月球的直径（以毫米为单位），X是月球地图上环形山的直径（以毫⽶为单位），那么环形山的真实直径d（以公⾥为单位）可由d=3476X/D给出。

而月球山峰或环形山壁的高度可以通过测量其阴影投射在月球表面或环形山底部的长度d来确定。如下图，θ是日光入射角度，等于明暗分界线到环形山的经度差Φ，月球山峰或环形山壁的高度h=L*sin(θ)≈ L*tan(θ)= (L*d)/1738。

月球山高示意图

附表：观月72清单

参考资料

1、探栓怪、喻园，月球，天文观测Wiki|Fandom，https://messier.fandom.com/zh/wiki/%E6%9C%88%E7%90%83

2、我国载人登月方案公布，新华网，http://www.xinhuanet.com/tech/20230713/7a1e465d689b49eb96f05606b233007b/c.html

3、中国载人月球探测任务新飞行器名称正式确定，新华网，http://www1.xinhuanet.com/politics/20240224/e9d7979a06b848eeac4011608faa173c/c.html

4、喻园天文，观月72清单第一版，知乎，https://zhuanlan.zhihu.com/p/523469120

5、包含1294个标记的4.5亿像素第3版中文月面地图来了，微信公众号“虚拟天文台”， https://mp.weixin.qq.com/s/jBVm86ZR9xsa91haHzy4yQ

6、月面地形标记地图（第三版），国家天文科学数据中心，https://nadc.china-vo.org/res/r100891/

7、鲍国全，月球攝影觀測圖冊，http://kcatlas.blogspot.com/2016/08/blog-post_85.html

8、Part 3: Measure the Height of Lunar Craters，Imaging the Universe, the University of Iowa Department of Physics and Astronomy，https://itu.physics.uiowa.edu/labs/observational/observing-lunar-features/part-3-measure-height-lunar-craters

9、Charles A. Wood，The Lunar 100，Sky & Telescope，https://skyandtelescope.org/observing/the-lunar-100/

10、Paul G. Abel，Visual Lunar and Planetary Astronomy，Springer New York，21 August 2013