重視日月，帶你走進天文學

張成

摘要：天文學的基礎是觀測，觀測可以讓學生在真實的情境里進行探究性學習，能夠提升學生的地理實踐力，增強學生地理核心素養(yǎng)。學習天文學知識要引導學生置身天地之間，從觀測習以為常的日出日落、月圓月缺等天象開始，讓他們的身體與觀測的天體和天象互動，使他們有著全身體驗，從而觸發(fā)真切的感受。這樣他們對于天文現(xiàn)象和規(guī)律的探究的欲望就會被點燃。

關鍵詞：地理教學? 天文觀測? 情境設計

天文學是自然科學中的基礎學科之一。它的研究對象是廣袤無垠的太空中的天體與天體系統(tǒng)乃至整個宇宙。天文學觀測和研究它們的位置、分布、運動、形態(tài)、結構、物理狀態(tài)、化學組成、相互關系和起源演化。天文學的基礎是觀測，在1608年望遠鏡發(fā)明之前，人們就是憑借自己的雙眼來觀測天體并加以研究;望遠鏡發(fā)明之后，隨著科技的發(fā)展，借助越來越先進的觀測工具，人們對宇宙的探索已經(jīng)邁向更加遙遠的星空。作為天文愛好者，如果拋開前人的觀測與研究成果，重新去認識宇宙，應該是從身邊對自己影響最大的天體和天文現(xiàn)象開始。當我們用肉眼仔細觀察早已熟悉的太陽、月亮，你有那份好奇心嗎？你能反問自己：我能想到這些嗎？

一、一樣的太陽，不一樣的日出日落

人類對天體的認識往往從太陽開始。太陽有多大？它離我們多遠？這都是我們的疑問。每天早晨，太陽都會從東方升起，然后經(jīng)過我們的頭頂，再向西落下，天色就漸漸地變暗，再到變黑;第二天清晨，東方的地平線上還會出現(xiàn)一抹亮色，黑夜便漸漸地退去，太陽將再次從東方升起，再經(jīng)過我們的頭頂，向西邊落下，如此周而復始，這是太陽的視運動。對平日忙于工作和學習的人來說，這一切司空見慣;對于教學來說，這日出日落也許就是教師引領學生走進天文學的那份好奇心的起點。

1.太陽真的從東方升起嗎？

當我們在北半球中緯度某地的同一地點連續(xù)觀察太陽從地平線上升起時，我們就會發(fā)現(xiàn)，太陽并非每天都在東方地平線的同一個地點升起。在萬物復蘇的春季，春分日時，面對東方，有條件的可借助指南針，你會發(fā)現(xiàn)太陽升起的地方是正東方，如果地面有顯著的標志物，如在農(nóng)村，太陽可能在一棵大樹的后面升起;在城市，太陽可能在一棟樓房的后面升起。過幾天再觀察，會發(fā)現(xiàn)太陽已經(jīng)從樓房或大樹的北側升起，偏離了正東的位置。

此圖為北半球中緯度某地3月21日春分日前后太陽升起圖，春分日以后太陽升起位置將逐漸向北移動2.太陽升起的地點是怎樣變化的？

當我們繼續(xù)觀測，會發(fā)現(xiàn)太陽升起的地點繼續(xù)向北移動，而且白天的時間越來越長，黑夜的時間越來越短，天氣也越來越炎熱。到了6月下旬也就是夏至日過后，太陽升起的地點開始向南移動，隨著觀測時間的不斷延長，會發(fā)現(xiàn)太陽升起的地點繼續(xù)向南移動，越過你一開始定位的大樹或樓房并繼續(xù)向南移動，到冬至日以后，太陽升起的地點轉而向北移動。如此往復。如果你在同一地點觀測的時間足夠長，會發(fā)現(xiàn)太陽升起的地點就在這兩點之間移動。當然，太陽落下的地點也是移動的，移動的軌跡也是如此。至于太陽升起和落下的地點為什么會移動？移動的距離是多少？除了對它進一步觀測外還需要多一份思考。

對站立在北緯23.5°上A點的觀察者來說，這是在冬至、春分、秋分、夏至日，太陽運行的軌跡示意圖

二、一樣的月亮，不一樣的月圓月缺

1.月有盈虧

“舉頭望明月”，各種天體中，除了太陽以外，月亮是人們關注最多的天體之一。夜晚的天空，抬頭就能看見一輪明月高懸天空，這樣的時間一月之中只有幾個夜晚。蘇軾在《水調(diào)歌頭·明月幾時有》中用文學的筆觸提出了“明月幾時有”的呼喚;而“月有陰晴圓缺”，這才是天空中我們看到的月亮的真實寫照。在持續(xù)一段時間的觀測中，我們會依次看到新月（朔）、蛾眉月、上弦月、盈凸月、滿月（望）、虧凸月、下弦月、殘月、新月，如此往復。

月亮不會發(fā)射可見光，我們看到的光實際上是月球反射太陽光所產(chǎn)生的影像。月亮環(huán)繞地球運動時，月亮相對于地球和太陽的位置不同，人們所看到的月亮受光面面積是周期變化的，這樣就產(chǎn)生了不同月相

2.月亮升落

在觀測中，我們會發(fā)現(xiàn)月亮和太陽不一樣，每天早晨太陽都會從東方的地平線上升起，傍晚從西方的地平線上落下，但我們看到彎彎的蛾眉月時，是在夜幕降臨不久，位于天空西邊的邊際，很快它將隨著太陽后面沒入地平線下方。上弦月在太陽落山之際就能看到它高懸天頂，上半夜可在西方的天空可見，午夜時分從西方的地平線降下。當太陽在西方落下之際，只有滿月會從東方升起，掛上了樹梢，夜半時分會月上中天，黎明時分月落西山。下弦月只有在下半夜于東方的天空可見，我們也不能見到它漸漸西沉落入地平線之下的景象。總而言之，農(nóng)歷的每個月的前半段時間，月亮在白天就從東方升起，在明亮的陽光之下，我們無法觀測到月出東山;農(nóng)歷的每個月的后半段時間，月亮在夜半左右從東方升起，在白天落下地平線，在明亮的陽光之下，我們也無法觀測到月落西山;只有滿月前后，我們可以在夜晚觀測到月升和月落。新月前后的幾天天空整晚都看不見月亮。月升月落時間為什么變化如此之大？因為月球每24小時在繞地球公轉軌道上運行13°，而地球本身自轉13°，人們才能看到月球。兩者之間的差別，就造成月亮每天會比前一天晚約50分鐘升起。當然只要我們細心觀測也會發(fā)現(xiàn)月亮升起的地點和落下的地點與太陽升起和落下的地點一樣也是在來回移動。觀測之后會有更多的好奇心和“為什么”。

我們觀測到月相變化從滿月到下一個滿月的周期稱為朔望月，大約是29日13小時，它與月亮繞地球旋轉一周的時間（恒星月）是不一樣的，月亮繞地球旋轉一周（恒星月）的時間大約是27日8小時。因為月亮繞著地球轉時，還隨著地球一起繞著太陽運動。圖4能說明這一點，弧DE是地球繞太陽運行軌道的一部分，假設某個時刻地球位于A點，而月球位于A1點，正好位于地球、太陽和某顆背景恒星的連線上，經(jīng)過27日8小時，地球運行到B點，月亮也在繞著地球運行，從A1點運行到B1點，月亮正好處在那顆背景恒星與地球的連線上，這時月亮繞地球轉了一圈360°，回到由上次那顆背景恒星確定的位置，這稱之為經(jīng)過了一個恒星月，它是月亮繞地球轉動的真正周期。不過此時的太陽沒有和地球、月亮在同一條直線上，也就是說，相對于太陽的位置而言，月亮還沒有回到太陽和地球的連線中的位置上，所以月亮要回到太陽和地球的連線中的位置上，還需要一定的時間，運行一段路程。在地球運行到C處時，月亮運行到C1處，月亮回到太陽和地球的連線中的位置上，此時太陽、地球、月亮位于同一直線上。月亮運行這段路程需要的時間是2天多一點，所以兩個新月之間的時間間隔變成了29日13小時。這稱之為經(jīng)過了一個朔望月。

朔望月與恒星月的關系（不按比例尺）基于月亮視運動的盈虧周期的規(guī)律設置的歷法稱為陰歷?，F(xiàn)在在我們常用的日歷上，無論是紙質的還是電子版的，除了標注陽歷日期以外，還標注了獨具我國特色的農(nóng)歷。農(nóng)歷是我國的古人通過長期對太陽和月亮運行的觀察，形成了兩者兼顧的一種陰陽合歷。這種歷法為了便于安排農(nóng)事活動，引出了二十四節(jié)氣，節(jié)氣表明地球在繞日公轉軌道上的位置，反映了太陽的周年視運動。幾千年農(nóng)歷在我國以來一直沿用，現(xiàn)在老百姓依然根據(jù)它安排農(nóng)事、漁業(yè)等生產(chǎn)，確定傳統(tǒng)節(jié)日。

日歷示意圖當然只要我們細心觀測也會發(fā)現(xiàn)，月亮升起和落下的地點與太陽升起和落下的地點一樣也是在來回移動。觀測之后會有更多的好奇心和“為什么”。

三、一樣的星空，不一樣的“熟視無睹”

太陽、月亮是與人們的生活、生產(chǎn)息息相關的天體，也是我們能用肉眼清楚觀測到的天體。古人在長期觀測的數(shù)據(jù)中通過分析對比找到了它們運行的規(guī)律。今天，我們在運用這些知識時，不需再去追問，當然也就少了好奇心和思考的欲望?？墒?，天文學關注的天體與天體系統(tǒng)早已走出了太陽系，走向了宇宙的深處，那里有更多的天體和天文現(xiàn)象?，F(xiàn)在，白天的太陽依舊東升西落，夜空中的群星依然閃爍，中外那些先賢們夜觀天象、晝測日影，發(fā)現(xiàn)了地球是圓的，發(fā)現(xiàn)了日月星辰行蹤的秘密。他們用唯美的圓周運動和精巧的幾何模型構建地心說體系，他們還用日心說把地球推下宇宙中心的神壇。隨著觀測技術的進步和觀測手段的多樣，我們的視線已經(jīng)進入到了宇宙的更深處，那里有著更多的奧秘。

天文學基礎作為高中地理課程的一部分，這門課程讓高中生對天體和天文現(xiàn)象有正確認識，能激發(fā)他們探索宇宙奧秘的興趣和愿望，逐步建立科學的宇宙觀。讓學生學習這些天文知識，不能被動地填塞，因為發(fā)現(xiàn)知識的過程更為重要。知識具有情境性，受個人體驗、學習方式的影響，知識學習通過基于情境的具身活動能夠有效地發(fā)生。我們要善于利用身邊的環(huán)境和資源，設置真實而具體的情境，讓學生置身其中，讓他們的身體與觀測的天體和天象互動，他們就會有著全身的體驗。璀璨的星空、神秘的天象、多姿的天體是先賢們的興趣所在，現(xiàn)在仍將是學習天文學興趣的不竭之源;在天文學基礎的學習中，我們要充分認識到天文學從本質上說是一門觀測科學，觀測可以改變學生的學習方式，讓他們主動探究學習，能夠提升他們的地理實踐力，增強他們的地理核心素養(yǎng)。抬頭觀日，舉首望月，只要做了，就會觸發(fā)真切的感受，對天文現(xiàn)象和規(guī)律的探究的欲望將會被點燃。正如《誰見過地球繞著太陽轉》中所說，“對于探索宇宙來說，這種對大自然奧秘的興趣和思索的能力，比具體的最新知識更重要”。

看似平靜的天空，憑借我們的肉眼，只要我們具身其中，用心觀測，除了太陽、月亮運動以外，我們會發(fā)現(xiàn)轉瞬即逝的流星、緩慢行走的行星、不斷閃爍的恒星……作為掌握一定天文知識，太過熟悉感到此處沒有風景的我們來說，已經(jīng)不再好奇，不再去追問。是的，在人的一生中見過太多的日出日落、月亮圓缺，可是真正讓我們身臨其境地長期去觀測，我們會有如前人一般的發(fā)現(xiàn)，會多了份好奇心，思考之后會發(fā)現(xiàn)今天的天文學知識是前人用敏銳的眼光和智慧的大腦慢慢積累形成的。天空依舊，平靜之中有著諸多不平靜，面對同樣的天空，你能發(fā)現(xiàn)其中的不平靜嗎？你能有一份好奇心嗎？你能思考到前人是怎樣思考的嗎？