關鍵概念
太陽和月亮
太陽系
軌道
來自國家科學教育標準：地球和天空的變化
引言
為什麼月亮似乎每晚都在改變形狀？
關於支援科學新聞報道
如果您喜歡這篇文章，請考慮透過以下方式支援我們屢獲殊榮的新聞報道： 訂閱。透過購買訂閱，您正在幫助確保未來能夠繼續產出關於塑造我們當今世界的發現和想法的具有影響力的故事。
當然，月球本身並沒有改變。但是，由於月球圍繞地球運動，同時我們也圍繞太陽運動，因此我們看到的從月球表面反射的光量每天都在變化。大約每兩週，月亮會從幾乎看不見的狀態（稱為新月）變為夜空中明亮而滿圓的狀態（滿月）。
理解這些變化的一個簡單方法是使用燈和橙子建立一個月球繞地球執行的粗略模型。
背景
在地球上，我們看到月球大約每 29.5 天經歷一次月相週期（這與月球繞地球執行所需的時間略有不同，後者為 27.3 天）。月球在天空中的不同外觀——從細細的月牙到巨大而圓滿的滿月——是月球相對於地球和太陽的位置的結果。
當月球與太陽、地球三者幾乎成一直線，且地球位於月球和太陽之間時，就會發生月食，這樣地球基本上會在月球上投下巨大的陰影。由於月食的發生取決於地球和月球的軌道是否恰到好處，因此並非每次滿月都會發生月食。月球通常會從地球陰影的下方或上方掠過。
另一方面，當月球與太陽、地球三者幾乎成一直線，且月球位於地球和太陽之間時，就會發生日食，這樣月球會在地球表面投下陰影。日食並非每月都發生，原因與月食並非每月都發生的原因相同。在新月時，地球通常略低於或高於月球的陰影。
材料
• 沒有燈罩的燈（最好是功率不高於 40 瓦的燈泡，這樣對眼睛更溫和）
• 黑暗的房間
• 橙子
• 削尖的鉛筆
準備工作
• 將燈（不帶燈罩）放在桌子或其他表面上。一個好的高度是略高於進行活動的人的頭部水平。
• 小心地將削尖的鉛筆尖端穿過橙子的中心，深度要足夠，以便在握住鉛筆時保持穩定。
• 開啟燈，使房間變暗。準備好觀察你的橙色月亮！ （小心不要觸控點亮的燈泡，它非常熱。）
步驟
• 站立在距離燈光源至少一臂遠的地方，並直接面對它。燈是你的太陽，你的頭代表地球。
• 伸直手臂，將頂著鉛筆的橙色月亮舉在你面前。將橙子放在燈泡的稍上方或下方，不要直視燈。你看到的橙色月亮表面看起來像什麼？它相對較暗嗎？
• 現在，保持手臂伸直，開始緩慢地向左旋轉你的身體。你能看到一彎新月的光芒開始蔓延到你的橙色月亮表面嗎？
• 一旦你從燈的位置轉過大約 90 度，你的月亮應該處於上弦月階段。光線落在月球的哪一側（左側還是右側）？月亮看起來像“D”還是“D”的映象？
• 保持手臂伸直，繼續在原地緩慢旋轉。當你背對燈時，橙色月亮處於什麼階段？（提示：如果你的頭部或身體擋住了燈光，試著蹲下，直到月亮在這個位置獲得充足的光線——你應該看到一個完全被照亮的滿月。當你的頭部或身體擋住光線，使月亮看起來是黑暗的時候，你就創造了一個食。這是月食還是日食？）
• 繼續緩慢地逆時針轉動。光線在你的月球表面向哪個方向移動？
• 一旦你離完成整圈旋轉大約還差 90 度時，你就到達了下弦月階段。這個階段與上弦月階段看起來有什麼不同？
• 完成旋轉，直到你回到起點：新月，這時你（和地球上的人們）只能看到太陽沒有照射到的月球一側——未被照亮的月球夜面。
• 額外內容： 嘗試建立一個月食。當地球正好位於太陽和月球之間，阻擋了太陽光照射到月球時，就會發生月食。如果你的頭是地球，你能用你的橙色月亮創造一個月食嗎？
繼續閱讀以瞭解觀察結果、結果和更多資源。
觀察與結果
當你緩慢旋轉時，月亮是如何變化的？你能夠看到熟悉的月牙和滿月階段嗎？
想要更具體地瞭解月相嗎？在新月和上弦月之間，月亮被稱為“盈缺月”。（“盈”是變大的意思。）在上弦月和滿月之間，它被稱為“盈凸月”。在滿月之後到下弦月之前，它是“虧凸月”。（“虧”是變小的意思。）猜猜我們稱下弦月和新月之間是什麼月相？（答案：“虧缺月”）你所在地區的月亮現在是什麼月相？
像太陽一樣，月亮每天也會升起和落下，在天空中移動。但它也經常在白天出現。（你有沒有在晴朗的陽光明媚的日子裡注意到天空中蒼白的月亮？）在新月期間，月亮實際上與太陽幾乎同時升起，儘管你看不見它。月亮每天升起的時間都會更晚，因此當它變成滿月時，它升起的時間與太陽落山的時間幾乎相同。
月亮在升起時通常看起來更大，而在高掛天空時看起來更小。這是一種光學錯覺：它看起來相對較大，因為我們是將其與地平線上的物體（如建築物或樹木）進行比較。但是，這種明顯的尺寸變化與它在天空中移動時無關，與它離地球的距離無關，地球的平均距離約為 238,866 英里（384,417 公里）！
許多文化都使用月亮作為記錄時間的方式。這些系統被稱為農曆。
獎勵： 月球繞地球執行的時間（27.3 天）與月球經歷所有月相的時間（29.5 天）不同。為什麼？因為地球不是靜止的，而是自身也在圍繞太陽運動！由於地球大約需要 12 個月才能繞太陽一週，因此在月球繞地球執行的 27.3 天（約一個月）期間，地球已經繞太陽運行了大約十二分之一的路程。因此，月球必須在其軌道上走得更遠一點，才能對我們在地球上的人們呈現相同的外觀。事實上，我們可以估計這需要 27.3 + (1/12) X (27.3) = 29.5 天！
分享你的橙色月亮觀察和結果！在下方留言或在大眾科學的Facebook頁面上分享你的照片和反饋。
清理
將鉛筆從橙子上取下（小心尖銳的筆尖）；關掉燈並注意安全——燈泡很熱。
更多探索 “月球自轉週期和公轉週期相同僅僅是巧合嗎？”，來自大眾科學 “為什麼月亮和太陽在地平線附近看起來更大？”，來自大眾科學 一天的完整太陽和月球資料，來自美國海軍天文臺
“月相”概述，來自 Woodlands Junior School
月亮書，作者 Gail Gibbons，適合 4-8 歲
月球，作者 Seymour Simon，適合 9-12 歲
接下來……
瞬間沖刷：河流和小溪
所需物品
• 大的、淺的矩形平底鍋或帶邊緣的托盤（儲物容器的塑膠蓋也可以）
• 一次性塑膠水瓶
• 剪刀
• 麵粉或其他輕質粉末
• 不同顏色的粉末，例如可可粉，用來代表“表土”
• 小的圓形零食，例如種子，用來代表“岩石”
• 中等大小的圓形零食，例如小草莓或無花果乾，作為“巨石”
• 較長的零食，例如胡蘿蔔條，用來代表障礙物
• 麥片盒（或其他可用於支撐托盤一側的薄物體）
• 水槽（或其他較大的容器，用於收集多餘的徑流）