月儿为什么这样红

王伟民　牟银勇

2022年11月8日（农历十月十五）16：00—21：57，人们期待已久的天象奇观“月全食大剧”如期“上演”。当晚，全国绝大多数地区的人们有幸欣赏到了这场百年难遇的自然美景——红月亮邂逅天王星，如图1所示。一轮圆圆的、古铜色的月亮高悬于暗灰色的天幕上，左下角紧贴着一颗明亮的行星（天王星），景色非常美。一段时间后，月亮居然神奇地把这颗星星“吃掉”了，之后再从另一侧“吐”了出来。月全食发生时的月亮被人们形象地称为“红月亮”。

我们不禁要问，月全食过程中的月亮为什么是红色的呢？它又是如何“吃掉”身旁的这颗星星的？

一、月食的原因

这需要从太阳、地球和月球这三颗星球运行过程中的相对位置说起。每月农历十五前后，地球会运行至月亮和太阳的中间，且三颗星球近乎共线，如图2所示。

当月亮位于因为地球遮挡太阳光形成的本影区之外的图2a附近位置时，站在地球上的人可以看到一轮满月。倘若月亮运行至部分体积进入本影区的图2b位置，那么，站在地球上的人就会看到月亮有一部分是黑暗的，这便是月偏食。当月亮运行至图2c位置时，原来射向月球的太陽光全部被地球遮挡，这就是月全食。

二、何为红月亮

从大气层外看太空是黑色的，是因为太空中除了星球之外的空间没有光线进入人眼。无月的夜晚在地球上看天空，由于大气对星光的散射，天空看起来是暗灰色的。月全食发生时，地球遮挡住了太阳射向月球的所有光线，按说此时的月亮将从人们的视野中消失，眼前只能看到暗灰色的天空。但实际上，月全食时人们会看到一轮古铜色的月亮高悬于暗灰色的天空，这就是人们所说的“红月亮”。

三、“红月亮”现象原因分析

太阳光是由多种色光混合而成，当阳光射入大气层时，会发生光的散射，其中波长较短的蓝光等色光最容易发生散射。在晴朗的白天，从天空不同的方位都有蓝光等色光进入人的眼睛，这些色光混合后给人的感觉就是蔚蓝色。

如图3所示，当太阳光射向地球并从地球周围的大气层横向穿过时，太阳光中波长较短的蓝光等色光被散射殆尽，只剩下波长较长的红光等色光穿过，大气层如同滤网一样，把波长短的色光“过滤”掉了。

而从透光的角度看，大气层犹如一个空气做的凸透镜—— 一个内侧厚、外侧薄的“空气凸透镜”。凸透镜对光有汇聚作用，一束平行光通过凸透镜后，会折射汇聚于凸透镜的焦点，如图4所示。相比于玻璃凸透镜，“空气凸透镜”的内外密度不均匀，越靠近地面位置空气密度越大，对太阳光的折射本领越强，所以，穿过“空气凸透镜”的太阳光，越靠近地面的位置，被地球“过滤”而出的红光等色光偏折角度越大。因此，从大气层透射出的色光不是如图4般交于一点，而是如图3所示，在地球遮挡太阳光形成的本影区域，距离地球较远的空间内，都有因大气的折射而透过的红光。当月球运行到该区域，红光照射下的它就只能反射红光了。

由于大气层透射出的红光分散到口径大于月球直径的空间，光的强度明显减弱，所以，月全食发生时，我们看到的月亮的亮度很弱，呈暗红色。

2022年11月8日晚月全食发生时，恰好也是天王星、月球和地球共线的时刻，这时的月亮在地球和天王星之间，三颗星球运行至同一条直线上，月全食的月亮刚好挡住了由天王星射向地球的光（正如月亮是靠反射太阳光而“发光”一样，天王星也是靠反射太阳光而“发光”），所以才会有红月亮遮挡天王星这一奇特天文现象的发生。

由此可见，月全食时“红月亮”现象的形成，与大气对光的散射和“空气凸透镜”对光的折射密不可分。假如地球周围没有大气层，不仅天空是黑色的，月全食发生时，月亮和周围的太空一样，都是黑色的，人们也就看不到月亮了，当然，也就不再有“红月亮”现象的发生。[本文为2021—2023重庆市教育学会基础教育课题重点课题“以公众号建设为途径养成初中物理教师专业素养的实践研究”（项目批准号XH2021A101）的研究成果。]