在哪里可以24小时都看见月亮︱天文冷知识

今晚若天气晴好，当你抬头看向夜空，将会看到一轮满月。如果你有持续观察月亮的习惯，会注意到不管月相如何，月亮待在天上的时间都是半天左右。看着天上美丽的白玉盘，你不禁想多看几眼，那么地球上是否存在一个地方能够24小时都看到月亮呢？

先说答案：在北极点/南极点，我们不仅可以连续24小时看见月亮，而且最多能连续看300小时以上的月亮。下面就以北极点为例介绍这背后的天文学原理。

24小时都能看到月亮，意味着月球一直都在天空中没有落入地平线。对天文学稍有了解的小伙伴大概了解过在北极点观测星空时不会有星星升起或落下，对于月亮而言情况又会如何呢？

首先我们需要搞明白为什么在北极点看不到星空升起或落下。我们知道，星空的东升西落本质上是地球自转，伴随地球自转，我们看到群星围绕天极作圆周运动，如果朝向天极进行长时间曝光，就会得到一张充满同心圆轨迹的照片，而这些同心圆的圆心正是天极。

这是一张朝向北天极拍摄的星轨︱Chirag Upreti

仔细观察上图你会发现，有不少星星画不出完整的圆，只有最靠近圆心（即北天极）的一些星星有可能画出完整的圆，这也意味着这些星能够永远出现在拍摄地点的天空中，不会落入地平线。

天文学上对这一类永不落下的星星的称谓是「恒显星」，恒显星所在的天空范围边界称作「恒显圈」。不难发现不论是恒显星的数量还是恒显圈的范围，都和天极的高度有关。天极越高，恒显星的数量就越多，恒显圈越大。那么在地球上的什么位置能看到天极在天空中最高处（即天顶）呢？答案呼之欲出——北极点或南极点。当我们位处两极极点时，天极与天顶重合，随着地球自转，群星以天极/天顶为圆心画出圆轨迹。换一个角度看，这些星轨其实跟地平线完全平行。这就是为什么在地球两极极点看不到星空升起或落下。

使用天象仪模拟的北极点星轨，可见星轨与地平线完全平行︱Miguel Claro

月球的视运动显然也受地球自转影响，但与星空出没完全受到地球自转影响不同，地球自转并不是影响月球出没的唯一因素。别忘了月球是地球的一颗天然卫星，月球会绕地球公转。在北极点，星空确实被「固定」了不再升落，而月球不在此列——以恒星背景为参考系，月球看起来会在群星间穿行，每大约27.32天绕天空一圈，这也是月球的公转周期。月球穿越群星形成的轨迹也称白道，白道反映了月球公转轨道在天空中的位置[1]。依据天文学常识，白道面与赤道面存在夹角，而北极点地平面与赤道面正好重合，因此月球沿白道运动的轨迹会与北极点地平线相交，月球依然会随着公转穿越赤道面/北极点地平面，从而出现月出和月落。

赤道面（红线）与白道面（绿线）存在夹角

在北极点，地平面就是赤道面

当然我们在北极点看到的月球出没跟一般情况相比会有明显不同。对比我们平时在中低纬度地区基本每天都能看到月球升起落下，北极点在一个月球公转周期内（约27天）只能看到一次月出和一次月落。例如今天午夜（北京时间3月15日1点前后）月球就会在北极点上空落下，直到北京时间3月29日6时起月球才重新从北极点的地平线升起，一直到4月11日7时许再次完全落下。月亮一直在北极点上空的时间前后长达13天，超过300个小时，差不多是半个月球公转周期（不过3月30日以前月球与太阳距离过近，肉眼无法观测）。

黄色轨迹为北京时间3月29日至4月11日每日6时月球在北极点天空的位置变化︱Stellarium模拟

加入地球自转效果后月球在3月29日至4月11日8时的位置变化（黄色轨迹），可见月球在此期间一直在北极点地平线以上︱Stellarium

基于相同的原理，在高纬度地区如北极圈/南极圈内也可以连续好几天看到月亮在天上，纬度越高，月亮一直在天上不落下的时间就越长。

参考&拓展

[1]现代天文学对白道的严格定义是「月球绕地球瞬时轨道面与天球相交的大圆」

往期热门