踏上月球，天际静默，地球悬空，太阳缓行，星空如幕——却无属于人类的时间语言。月球历法亟待命名，也亟需科学根基。本文带你认识月球天象背后的运行规律，看懂那片星空如何被“算”出来。

地出（Earthrise），1968年12月24日，阿波罗8号上的威廉·安德斯在绕月轨道上拍摄了地球“升起”的照片。

月球是离地球最近的天体，也是人类探索太空的首要目标。2024年，中国嫦娥六号探测器登陆月球背面，挖取并带回了那里珍贵的月壤样本，标志着我国探月能力迈上新台阶。近年来，中国的“国际月球科研站”与美国的“阿尔忒弥斯月球开发计划”相继推进，未来将有越来越多的航天器和宇航员登上月球，开展科学研究、矿产开发甚至旅游等活动。在月球上，通信、定位、自动控制和导航等都依赖统一的时间系统。时间，将成为人类在月球的共同语言。为此，科学家正在设计“月球时间规则”，并面向公众征集月球历法天象的名称，这是一次难得的公众科学参与的活动。

那么，在月球上看到的天象是怎样一番景象？与在地球上看到的又有何不同？如何用天文软件模拟观看月球的天象呢？

地月系质心与地球和月球质心的关系。

/ 月球轨道运动，

何以独特？

探索未知，身临其境，就像在火车上看窗外的景色，能看到哪些景色，取决于火车途经哪些景区，也与从哪边的窗口观察有关。处于不同区域的观测者，有不同的观测感受，所见天象随区域不同而不同，能够看到全部地球的区域，即 月球正面 ；永远看不到地球的区域，即 月球背面 。依此类推，在月球上以地球为参考，也可以另起名字，比如，地球可见区域，与地球不可见区域等。

地月坐标系中，月球和地球都围绕着同一个点做椭圆轨道运动，这个点被称为 地月系质心 ，位于月球到地球的质心连线上，离地球质心很近，不超过地球半径，位于地球表面之下。在一个月的周期内，随着月球离地球的远近周期性变化，它离两天体质心的距离也周期性地变化。也就是说，地月之间是忽远忽近的（最近35万千米，最远41万千米），但总体来说，常见的数值是月球距离地球平均38万千米。

月球绕地球公转的轨道，在一个平面内，被称为 白道面 。地月系质心绕太阳系质心运动的轨道，也在一个平面内，被称为 黄道面 。白、黄道面有个夹角，产生的交线被称为 黄白交线 。若以遥远星空为背景参考，黄道面与白道面交线的旋转周期是18.6个地球年，黄白交线经过太阳两次间隔不到180°。若此时，地月运行到“对齐”状态——太阳、地球、月球几乎共线，是发生日全食与月全食的最佳时机。这种周期性变化也解释了为何全食并非每年出现：只有当月球恰巧位于黄白交线附近，且处于朔或望时，才可能形成全食。

白道面与黄道面上的交线运动。

月球独特的运动特征，是参考地球、太阳、星空来描述的，包括以下几种：白道面上地球与月球的相对运动、月球赤道面上相对运动、月球在星空背景中的运动等。

/ 月球天象，

何以不同？

从月球表面看到的斗转星移，日出日落与我们熟悉的地球感觉大不相同，主要原因是大气条件、自转速度、参照物等。

【 大气条件的不同】

夜观星空，日察地影，在地球上昼夜差异很大。地球的大气层在太阳照射下散射阳光，光线被大气分子多次反射，照亮了整个天空，白天的星光也能透过大气层，虽然白天的星星们就在那里，但是大气层散射的光强于星光，我们的肉眼在可见光谱段被大气散射的阳光干扰了，于是白天看不到星星，这片天空被太阳主宰，大气透明度好时还能看到月亮。所以地球上只能等太阳下山后，星星才映入眼帘，白天只能看到阳光在地面上投下的影子。古人白天看日晷的影子，晚上看天空中的星星，来计算时辰。

月球上没有大气，没有散射 ，也就没有明亮的天空，不论日出日落，天空总是黑色的背景。每当日出时，太阳当空，其光线直接照射月面，如果挡住太阳圆盘部分，我们就能看到太阳附近的星光，看到大部分星空。每当日落后，天空依然是黑色背景，观测者看不到太阳，如果恰好此时也没有来自地球的杂散干扰，此时此处就是最佳观星的条件。

【自转速度不同】

受潮汐锁定的影响，月球总是有一面朝着地球，而另一面背对着地球， 月球相对地球是没有自转的，仅有上下左右摆动 ，这种摇头加点头的运动被地球上的人们称为 天平动 。因此在月球正面的观测者所见的地球，不会东升西落地大幅度运动，而是仅仅在小范围内上下左右地划着不规则的椭圆，就像牵线的风筝摇头摆尾，被束缚在天空固定的区域。正面、背面交际位置以及两极的观测者，能看到部分地球在天际线上，时而探出头，时而落下去，固定在确定的方向；而月球背面则永远看不到地球。

月球的椭圆运动及其随动坐标系α-β-γ。

地球自转一圈为24小时，这是参考太阳，测量日晷影子获得的结果，而从月球上看地球，地球自转一圈为24小时48分46秒，这是因为在地球自转的同时，月球也在绕地球转动，就像小学算数的追及问题，地球要多转48分46秒，才能再次追上月球。

【参照物不同】

太阳与星空背景的相对运动是地月系公转的结果，参考太阳看星星是很明显的天象，天象周期约0.946个地球年，这个周期是两种周期运动叠加的结果，一种运动是地月系绕太阳的运动，周期1年，第二种运动是白道与黄道交线绕地月系质心的运动，周期18.6年。

月球绕太阳系质心运动的轨迹。

同理，地球与星空背景的相对运动是月球绕地球公转的结果，参考地球看星星也是很明显的天象， 天象周期27.32个地球日 。这个周期是两种周期运动叠加的结果，月球绕地球公转的运动，以及地月系质心绕太阳公转的运动。

月球赤道与黄道的关系。

地球反射阳光，也是很亮的，在月球正面插上一根杆子，将会有两条影子，一条太阳照出的影子，一条地球反光照出的影子。太阳的影子跟在地球的地面上很像，除两极外，杆子所形成的影子会随着日出日落长短变化。地球反光照出的影子仅仅在小范围变化，可用小孔成像的方法记录地球影像轨迹。

参照脚下的月球表面，从月球南极或南半球上看地球，是南极洲在上面，北冰洋在下面。从月球北极或北半球上看地球，是北冰洋在上面，南极洲下面。其实地球就在那里，并没有翻转，恰恰是观测者的视觉角度颠倒了180°。

月球在太阳系内运行轨道。

/ 模拟动画，

置身月球

现在的很多天文科普软件都有仿真动画的功能，举一个例子让大家动手观看，太阳上下穿越地球的有趣天象吧。

【 软件的选择】

为了直观而准确地展示月球上的独特天象，我们选择了借助天文仿真软件进行模拟演示。当前空间仿真软有多款件可供选择，在功能上各有侧重。例如，专业工程软件STK（Systems Tool Kit）以其高精度的轨道计算和任务分析能力见长，但其优势更多体现在数据层面而非视觉呈现，对于希望获得直观天象景观的科普工作而言，其操作较为复杂且不易上手。软件Celestia允许使用者在浩瀚的宇宙中自由穿梭，但其核心设计更偏向于太空探险，在模拟特定地点静态观测的场景时，其设置流程不如专为地面（或地外）观测而设计的软件便捷。综合比较之下，Stellarium（虚拟天文馆）的最大优势在于极致的直观性和易用性，不仅能够精确再现地球上的星空，更能通过修改观测地点设置，让我们得以轻松地站在月球的视角，仰望那片既陌生又壮丽的天空。

ellarium软件模拟月球视角的星空。

Stellarium软件自身包含了一个庞大的天体数据库，内置数十万颗恒星以及大量的星云、星系和太阳系天体数据，能够高度真实地模拟诸多光学现象，如大气折射、晨曦暮晖、乃至日月食等。其优美的界面和丰富的显示控制选项，使之成为我们科普演示的绝佳平台。

【 软件基本操作】

接下来将详细介绍利用Stellarium软件模拟从月球表面观察太阳与地球相对运动的具体操作流程。模拟的第一步是将我们的观测点设置于月球之上。打开软件后，点击左侧工具栏的“所在地点”窗口图标，在弹出窗口的行星位置选择“月球”，即可看到多个预置的月球坐标，例如“阿波罗11号着陆点”，选择其中任意一个并点击“切换到该地点”，伴随行星天象变化，确认我们已成功抵达目标点。同时，我们点击左侧工具栏的“星空及显示”窗口图标，并在地景栏目中选择“月”，可以将我们观测点的地貌景象设置为月球。

设置好地点后，需要调整时间以捕捉太阳与地球特定的相对位置。由于月球上一昼夜长达约27.32个地球日，太阳和星空背景在月球天空中的移动都显得异常缓慢。我们需要将时间调整到“月球中午”附近，此时太阳位于天顶区域，让地球也大致出现在太阳的周围。具体操作时，可以先设定一个大致日期，使用时间加速功能（L键）让时间快速流逝，同时密切关注天空中太阳和地球位置的相对微妙变化。当观察到两者逐渐接近时，迅速暂停（K键）并转为极慢速前进（J键）进行精细微调，直至达到理想的构图。

为了获得更清晰的视觉效果，还可以通过鼠标滚轮放大视图，并开启天体名称标签，同时建议在“星空与显示”设置中关闭地球大气层渲染效果，以呈现最纯粹的太空景观。

在太阳系栏目下，打开“显示迹线”，点击地球后，在固定视角方向下，能够更直观地观察到地球与太阳视野界面中的上下关系。

【 地日观测举例】

我们将时间设定为2025年1月15日，面朝南方，视角看向正头顶，标记地球，适当调节时间仿真倍速，直到地球与太阳相遇。

例如，当时间来到2025年2月12日13时30分，借助地球迹线，我们可以看到“太阳从地球上方经过”的景象。

太阳从地球上面经过（2025年2月12日13时30分）。

随着继续运动，时间来到2025年3月14日4时00分，地球愈发向太阳靠近，太阳几乎与地球处在一条线上，在2025年3月14日7时00分，太阳从地球后方经过并发生食影天象。

太阳从地球后经过发生了食影天象（模拟图）。

当时间来到2025年4月14日0:00，我们会神奇地发现，此时太阳运行到地球轨迹线的下方。太阳的东升西落，短短三个月内与地球的位置上下翻转。持续模拟会发现：太阳与地球在月球天空中每6次相遇（约6个月），就会完成如此上下位置交换，每12次相遇（约一年），形成一次完整循环。由此，我们便能借助Stellarium工具，生动复原出月球表面上所见证的日地共舞的奇妙景象。

太阳从地球下面经过（模拟图）。