重视日月，带你走进天文学

张成

摘要：天文学的基础是观测，观测可以让学生在真实的情境里进行探究性学习，能够提升学生的地理实践力，增强学生地理核心素养。学习天文学知识要引导学生置身天地之间，从观测习以为常的日出日落、月圆月缺等天象开始，让他们的身体与观测的天体和天象互动，使他们有着全身体验，从而触发真切的感受。这样他们对于天文现象和规律的探究的欲望就会被点燃。

关键词：地理教学  天文观测  情境设计

天文学是自然科学中的基础学科之一。它的研究对象是广袤无垠的太空中的天体与天体系统乃至整个宇宙。天文学观测和研究它们的位置、分布、运动、形态、结构、物理状态、化学组成、相互关系和起源演化。天文学的基础是观测，在1608年望远镜发明之前，人们就是凭借自己的双眼来观测天体并加以研究;望远镜发明之后，随着科技的发展，借助越来越先进的观测工具，人们对宇宙的探索已经迈向更加遥远的星空。作为天文爱好者，如果抛开前人的观测与研究成果，重新去认识宇宙，应该是从身边对自己影响最大的天体和天文现象开始。当我们用肉眼仔细观察早已熟悉的太阳、月亮，你有那份好奇心吗？你能反问自己：我能想到这些吗？

一、一样的太阳，不一样的日出日落

人类对天体的认识往往从太阳开始。太阳有多大？它离我们多远？这都是我们的疑问。每天早晨，太阳都会从东方升起，然后经过我们的头顶，再向西落下，天色就渐渐地变暗，再到变黑;第二天清晨，东方的地平线上还会出现一抹亮色，黑夜便渐渐地退去，太阳将再次从东方升起，再经过我们的头顶，向西边落下，如此周而复始，这是太阳的视运动。对平日忙于工作和学习的人来说，这一切司空见惯;对于教学来说，这日出日落也许就是教师引领学生走进天文学的那份好奇心的起点。

1.太阳真的从东方升起吗？

当我们在北半球中纬度某地的同一地点连续观察太阳从地平线上升起时，我们就会发现，太阳并非每天都在东方地平线的同一个地点升起。在万物复苏的春季，春分日时，面对东方，有条件的可借助指南针，你会发现太阳升起的地方是正东方，如果地面有显著的标志物，如在农村，太阳可能在一棵大树的后面升起;在城市，太阳可能在一栋楼房的后面升起。过几天再观察，会发现太阳已经从楼房或大树的北侧升起，偏离了正东的位置。

此图为北半球中纬度某地3月21日春分日前后太阳升起图，春分日以后太阳升起位置将逐渐向北移动2.太阳升起的地点是怎样变化的？

当我们继续观测，会发现太阳升起的地点继续向北移动，而且白天的时间越来越长，黑夜的时间越来越短，天气也越来越炎熱。到了6月下旬也就是夏至日过后，太阳升起的地点开始向南移动，随着观测时间的不断延长，会发现太阳升起的地点继续向南移动，越过你一开始定位的大树或楼房并继续向南移动，到冬至日以后，太阳升起的地点转而向北移动。如此往复。如果你在同一地点观测的时间足够长，会发现太阳升起的地点就在这两点之间移动。当然，太阳落下的地点也是移动的，移动的轨迹也是如此。至于太阳升起和落下的地点为什么会移动？移动的距离是多少？除了对它进一步观测外还需要多一份思考。

对站立在北纬23.5°上A点的观察者来说，这是在冬至、春分、秋分、夏至日，太阳运行的轨迹示意图

二、一样的月亮，不一样的月圆月缺

1.月有盈亏

“举头望明月”，各种天体中，除了太阳以外，月亮是人们关注最多的天体之一。夜晚的天空，抬头就能看见一轮明月高悬天空，这样的时间一月之中只有几个夜晚。苏轼在《水调歌头·明月几时有》中用文学的笔触提出了“明月几时有”的呼唤;而“月有阴晴圆缺”，这才是天空中我们看到的月亮的真实写照。在持续一段时间的观测中，我们会依次看到新月（朔）、蛾眉月、上弦月、盈凸月、满月（望）、亏凸月、下弦月、残月、新月，如此往复。

月亮不会发射可见光，我们看到的光实际上是月球反射太阳光所产生的影像。月亮环绕地球运动时，月亮相对于地球和太阳的位置不同，人们所看到的月亮受光面面积是周期变化的，这样就产生了不同月相

2.月亮升落

在观测中，我们会发现月亮和太阳不一样，每天早晨太阳都会从东方的地平线上升起，傍晚从西方的地平线上落下，但我们看到弯弯的蛾眉月时，是在夜幕降临不久，位于天空西边的边际，很快它将随着太阳后面没入地平线下方。上弦月在太阳落山之际就能看到它高悬天顶，上半夜可在西方的天空可见，午夜时分从西方的地平线降下。当太阳在西方落下之际，只有满月会从东方升起，挂上了树梢，夜半时分会月上中天，黎明时分月落西山。下弦月只有在下半夜于东方的天空可见，我们也不能见到它渐渐西沉落入地平线之下的景象。总而言之，农历的每个月的前半段时间，月亮在白天就从东方升起，在明亮的阳光之下，我们无法观测到月出东山;农历的每个月的后半段时间，月亮在夜半左右从东方升起，在白天落下地平线，在明亮的阳光之下，我们也无法观测到月落西山;只有满月前后，我们可以在夜晚观测到月升和月落。新月前后的几天天空整晚都看不见月亮。月升月落时间为什么变化如此之大？因为月球每24小时在绕地球公转轨道上运行13°，而地球本身自转13°，人们才能看到月球。两者之间的差别，就造成月亮每天会比前一天晚约50分钟升起。当然只要我们细心观测也会发现月亮升起的地点和落下的地点与太阳升起和落下的地点一样也是在来回移动。观测之后会有更多的好奇心和“为什么”。

我们观测到月相变化从满月到下一个满月的周期称为朔望月，大约是29日13小时，它与月亮绕地球旋转一周的时间（恒星月）是不一样的，月亮绕地球旋转一周（恒星月）的时间大约是27日8小时。因为月亮绕着地球转时，还随着地球一起绕着太阳运动。图4能说明这一点，弧DE是地球绕太阳运行轨道的一部分，假设某个时刻地球位于A点，而月球位于A1点，正好位于地球、太阳和某颗背景恒星的连线上，经过27日8小时，地球运行到B点，月亮也在绕着地球运行，从A1点运行到B1点，月亮正好处在那颗背景恒星与地球的连线上，这时月亮绕地球转了一圈360°，回到由上次那颗背景恒星确定的位置，这称之为经过了一个恒星月，它是月亮绕地球转动的真正周期。不过此时的太阳没有和地球、月亮在同一条直线上，也就是说，相对于太阳的位置而言，月亮还没有回到太阳和地球的连线中的位置上，所以月亮要回到太阳和地球的连线中的位置上，还需要一定的时间，运行一段路程。在地球运行到C处时，月亮运行到C1处，月亮回到太阳和地球的连线中的位置上，此时太阳、地球、月亮位于同一直线上。月亮运行这段路程需要的时间是2天多一点，所以两个新月之间的时间间隔变成了29日13小时。这称之为经过了一个朔望月。

朔望月与恒星月的关系（不按比例尺）基于月亮视运动的盈亏周期的规律设置的历法称为阴历。现在在我們常用的日历上，无论是纸质的还是电子版的，除了标注阳历日期以外，还标注了独具我国特色的农历。农历是我国的古人通过长期对太阳和月亮运行的观察，形成了两者兼顾的一种阴阳合历。这种历法为了便于安排农事活动，引出了二十四节气，节气表明地球在绕日公转轨道上的位置，反映了太阳的周年视运动。几千年农历在我国以来一直沿用，现在老百姓依然根据它安排农事、渔业等生产，确定传统节日。

日历示意图当然只要我们细心观测也会发现，月亮升起和落下的地点与太阳升起和落下的地点一样也是在来回移动。观测之后会有更多的好奇心和“为什么”。

三、一样的星空，不一样的“熟视无睹”

太阳、月亮是与人们的生活、生产息息相关的天体，也是我们能用肉眼清楚观测到的天体。古人在长期观测的数据中通过分析对比找到了它们运行的规律。今天，我们在运用这些知识时，不需再去追问，当然也就少了好奇心和思考的欲望。可是，天文学关注的天体与天体系统早已走出了太阳系，走向了宇宙的深处，那里有更多的天体和天文现象。现在，白天的太阳依旧东升西落，夜空中的群星依然闪烁，中外那些先贤们夜观天象、昼测日影，发现了地球是圆的，发现了日月星辰行踪的秘密。他们用唯美的圆周运动和精巧的几何模型构建地心说体系，他们还用日心说把地球推下宇宙中心的神坛。随着观测技术的进步和观测手段的多样，我们的视线已经进入到了宇宙的更深处，那里有着更多的奥秘。

天文学基础作为高中地理课程的一部分，这门课程让高中生对天体和天文现象有正确认识，能激发他们探索宇宙奥秘的兴趣和愿望，逐步建立科学的宇宙观。让学生学习这些天文知识，不能被动地填塞，因为发现知识的过程更为重要。知识具有情境性，受个人体验、学习方式的影响，知识学习通过基于情境的具身活动能够有效地发生。我们要善于利用身边的环境和资源，设置真实而具体的情境，让学生置身其中，让他们的身体与观测的天体和天象互动，他们就会有着全身的体验。璀璨的星空、神秘的天象、多姿的天体是先贤们的兴趣所在，现在仍将是学习天文学兴趣的不竭之源;在天文学基础的学习中，我们要充分认识到天文学从本质上说是一门观测科学，观测可以改变学生的学习方式，让他们主动探究学习，能够提升他们的地理实践力，增强他们的地理核心素养。抬头观日，举首望月，只要做了，就会触发真切的感受，对天文现象和规律的探究的欲望将会被点燃。正如《谁见过地球绕着太阳转》中所说，“对于探索宇宙来说，这种对大自然奥秘的兴趣和思索的能力，比具体的最新知识更重要”。

看似平静的天空，凭借我们的肉眼，只要我们具身其中，用心观测，除了太阳、月亮运动以外，我们会发现转瞬即逝的流星、缓慢行走的行星、不断闪烁的恒星……作为掌握一定天文知识，太过熟悉感到此处没有风景的我们来说，已经不再好奇，不再去追问。是的，在人的一生中见过太多的日出日落、月亮圆缺，可是真正让我们身临其境地长期去观测，我们会有如前人一般的发现，会多了份好奇心，思考之后会发现今天的天文学知识是前人用敏锐的眼光和智慧的大脑慢慢积累形成的。天空依旧，平静之中有着诸多不平静，面对同样的天空，你能发现其中的不平静吗？你能有一份好奇心吗？你能思考到前人是怎样思考的吗？