关键概念
太阳和月亮
太阳系
轨道
来自国家科学教育标准：地球和天空的变化
引言
为什么月亮似乎每晚都在改变形状？
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当然，月球本身并没有改变。但是，由于月球围绕地球运动，同时我们也围绕太阳运动，因此我们看到的从月球表面反射的光量每天都在变化。大约每两周，月亮会从几乎看不见的状态（称为新月）变为夜空中明亮而满圆的状态（满月）。
理解这些变化的一个简单方法是使用灯和橙子创建一个月球绕地球运行的粗略模型。
背景
在地球上，我们看到月球大约每 29.5 天经历一次月相周期（这与月球绕地球运行所需的时间略有不同，后者为 27.3 天）。月球在天空中的不同外观——从细细的月牙到巨大而圆满的满月——是月球相对于地球和太阳的位置的结果。
当月球与太阳、地球三者几乎成一直线，且地球位于月球和太阳之间时，就会发生月食，这样地球基本上会在月球上投下巨大的阴影。由于月食的发生取决于地球和月球的轨道是否恰到好处，因此并非每次满月都会发生月食。月球通常会从地球阴影的下方或上方掠过。
另一方面，当月球与太阳、地球三者几乎成一直线，且月球位于地球和太阳之间时，就会发生日食，这样月球会在地球表面投下阴影。日食并非每月都发生，原因与月食并非每月都发生的原因相同。在新月时，地球通常略低于或高于月球的阴影。
材料
• 没有灯罩的灯（最好是功率不高于 40 瓦的灯泡，这样对眼睛更温和）
• 黑暗的房间
• 橙子
• 削尖的铅笔
准备工作
• 将灯（不带灯罩）放在桌子或其他表面上。一个好的高度是略高于进行活动的人的头部水平。
• 小心地将削尖的铅笔尖端穿过橙子的中心，深度要足够，以便在握住铅笔时保持稳定。
• 打开灯，使房间变暗。准备好观察你的橙色月亮！ （小心不要触摸点亮的灯泡，它非常热。）
步骤
• 站立在距离灯光源至少一臂远的地方，并直接面对它。灯是你的太阳，你的头代表地球。
• 伸直手臂，将顶着铅笔的橙色月亮举在你面前。将橙子放在灯泡的稍上方或下方，不要直视灯。你看到的橙色月亮表面看起来像什么？它相对较暗吗？
• 现在，保持手臂伸直，开始缓慢地向左旋转你的身体。你能看到一弯新月的光芒开始蔓延到你的橙色月亮表面吗？
• 一旦你从灯的位置转过大约 90 度，你的月亮应该处于上弦月阶段。光线落在月球的哪一侧（左侧还是右侧）？月亮看起来像“D”还是“D”的镜像？
• 保持手臂伸直，继续在原地缓慢旋转。当你背对灯时，橙色月亮处于什么阶段？（提示：如果你的头部或身体挡住了灯光，试着蹲下，直到月亮在这个位置获得充足的光线——你应该看到一个完全被照亮的满月。当你的头部或身体挡住光线，使月亮看起来是黑暗的时候，你就创造了一个食。这是月食还是日食？）
• 继续缓慢地逆时针转动。光线在你的月球表面向哪个方向移动？
• 一旦你离完成整圈旋转大约还差 90 度时，你就到达了下弦月阶段。这个阶段与上弦月阶段看起来有什么不同？
• 完成旋转，直到你回到起点：新月，这时你（和地球上的人们）只能看到太阳没有照射到的月球一侧——未被照亮的月球夜面。
• 额外内容： 尝试创建一个月食。当地球正好位于太阳和月球之间，阻挡了太阳光照射到月球时，就会发生月食。如果你的头是地球，你能用你的橙色月亮创造一个月食吗？
继续阅读以了解观察结果、结果和更多资源。
观察与结果
当你缓慢旋转时，月亮是如何变化的？你能够看到熟悉的月牙和满月阶段吗？
想要更具体地了解月相吗？在新月和上弦月之间，月亮被称为“盈缺月”。（“盈”是变大的意思。）在上弦月和满月之间，它被称为“盈凸月”。在满月之后到下弦月之前，它是“亏凸月”。（“亏”是变小的意思。）猜猜我们称下弦月和新月之间是什么月相？（答案：“亏缺月”）你所在地区的月亮现在是什么月相？
像太阳一样，月亮每天也会升起和落下，在天空中移动。但它也经常在白天出现。（你有没有在晴朗的阳光明媚的日子里注意到天空中苍白的月亮？）在新月期间，月亮实际上与太阳几乎同时升起，尽管你看不见它。月亮每天升起的时间都会更晚，因此当它变成满月时，它升起的时间与太阳落山的时间几乎相同。
月亮在升起时通常看起来更大，而在高挂天空时看起来更小。这是一种光学错觉：它看起来相对较大，因为我们是将其与地平线上的物体（如建筑物或树木）进行比较。但是，这种明显的尺寸变化与它在天空中移动时无关，与它离地球的距离无关，地球的平均距离约为 238,866 英里（384,417 公里）！
许多文化都使用月亮作为记录时间的方式。这些系统被称为农历。
奖励： 月球绕地球运行的时间（27.3 天）与月球经历所有月相的时间（29.5 天）不同。为什么？因为地球不是静止的，而是自身也在围绕太阳运动！由于地球大约需要 12 个月才能绕太阳一周，因此在月球绕地球运行的 27.3 天（约一个月）期间，地球已经绕太阳运行了大约十二分之一的路程。因此，月球必须在其轨道上走得更远一点，才能对我们在地球上的人们呈现相同的外观。事实上，我们可以估计这需要 27.3 + (1/12) X (27.3) = 29.5 天！
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清理
将铅笔从橙子上取下（小心尖锐的笔尖）；关掉灯并注意安全——灯泡很热。
更多探索 “月球自转周期和公转周期相同仅仅是巧合吗？”，来自大众科学 “为什么月亮和太阳在地平线附近看起来更大？”，来自大众科学 一天的完整太阳和月球数据，来自美国海军天文台
“月相”概述，来自 Woodlands Junior School
月亮书，作者 Gail Gibbons，适合 4-8 岁
月球，作者 Seymour Simon，适合 9-12 岁
接下来……
瞬间冲刷：河流和小溪
所需物品
• 大的、浅的矩形平底锅或带边缘的托盘（储物容器的塑料盖也可以）
• 一次性塑料水瓶
• 剪刀
• 面粉或其他轻质粉末
• 不同颜色的粉末，例如可可粉，用来代表“表土”
• 小的圆形零食，例如种子，用来代表“岩石”
• 中等大小的圆形零食，例如小草莓或无花果干，作为“巨石”
• 较长的零食，例如胡萝卜条，用来代表障碍物
• 麦片盒（或其他可用于支撑托盘一侧的薄物体）
• 水槽（或其他较大的容器，用于收集多余的径流）