月亮作為人類重要的情感寄托載體，有著豐富的色彩。那么這些顏色變化的秘密什么呢？我們在什么樣的情況下才會看到特定顏色的月亮呢？本文解釋了銀白色、橙色、紅色、藍色以及具有光暈等月亮出現的條件，揭開月亮顏色變化的奧秘。

1 前言

中國人自古以來對月亮有著深厚的情感，它常常成為文學作品中的重要意象。李白在《古朗月行》中寫道：“小時不識月，呼作白玉盤。”蘇軾在《行香子·述懷》中則描述道：“清夜無塵，月色如銀。”宋代的晁補之在《青煙冪處》中提到：“青煙冪處，碧海飛金鏡。”在古人的月亮描寫中，時而將月亮比作白玉盤，時而形容為金色鏡子，這些描繪展示了月亮在不同情境下的色彩變化。那么，月亮究竟是什么顏色的呢？讓我們來一探月亮顏色變化的秘密。

2 變色月亮

意大利攝影師用10年時間在不同地方拍攝的48種顏色的月亮。為我們展示了月亮顏色的多樣性。月亮為何有如此多的顏色形態？各種不同顏色月亮是在什么樣的情況能夠被我們肉眼所捕捉到呢？

圖1 48種顏色月亮（圖片來源：NASA)

2.1 月亮光的來源

在太陽系中，我們所見到的所有光線都源自太陽。月亮的顏色變化，歸根結底是太陽光通過月亮的反射或折射，然后被地球上的人眼捕捉到的結果。那么，月亮的不同顏色是如何在我們的眼中展現出來的呢？

2.2 月亮本色

在NASA發布的地月合照中，月球是一個灰撲撲的球體，這種顏色與我們在地球上觀察到的銀白色月亮有所不同。這種色差主要來源于月球表面的實際物質組成和光線的反射特性。

月球表面的灰色外觀是由于其地質構成。月球表面覆蓋著一種稱為“月壤”的物質，它主要由鈦、硅、鐵、鈣、鋁、鎂等元素的礦物質組成[1]。這些礦物質包括各種類型的玄武巖和輝長巖，它們的顏色往往偏向灰色或暗灰色。這些礦物質的反射特性使得從空間衛星拍攝的月球照片呈現出這種灰色調。

圖2 地月合照（圖片來源:NASA）

2.3 銀白色月亮

在日常生活中，我們大多數時間看到的月亮是銀白色的。這種顏色的出現主要與天氣條件以及大氣層的狀況密切相關。

當天氣晴朗時，大氣中的塵埃和水汽含量相對較低，太陽光能夠更為直接地穿透大氣層，抵達地球表面。此時，太陽光中的各種顏色幾乎均勻地反射到我們眼中，綜合形成了接近白色的光線。

此外，月亮本身的表面是由暗灰色的月壤和巖石構成的，這種色調會與反射的太陽光相結合。當月亮的光線經過相對清澈的大氣層時，它不會被大氣中的顆粒物質顯著改變顏色。因此，我們看到的月亮往往是銀白色的，這種顏色顯示月亮表面反射了大量的陽光，并且大氣條件對光線的散射較少。

綜上所述，銀白色的月亮是因為在晴朗的天氣條件下，太陽光的各種顏色均勻地反射回我們的眼睛，同時月亮表面的暗灰色也影響了最終的視覺效果。在這種情況下，月亮看起來明亮而潔白。

圖3 月球反射光到地球（自制）

2.4 橙月亮

除了銀白色，月亮有時還會呈現出橙色或黃色，這種現象通常發生在大氣層中有較多水汽或顆粒物質時。造成這種顏色變化的原因與大氣對不同波長光線的散射特性有關。

在大氣層中，短波長的光線，例如藍光，比較容易被散射。當月亮在接近地平線的位置時，它的光線必須穿過更厚的大氣層。此時，大氣中的塵埃、水汽和其他微小顆粒會有效地散射掉大部分的藍光，使得藍光的成分減少。

與此同時，長波長的光線，例如紅光和黃光，較少受到散射，能夠較為直接地穿透大氣層并到達我們的眼睛。因此，在這種條件下，月亮呈現的顏色更傾向于暖色調，如橙色或黃色。

特別是在濕度較高的情況下，空氣中的水汽會進一步增強這種現象。水汽能夠更加顯著地散射短波長的光線，使得藍光和綠色光線被更多地過濾掉，而黃光和橙光則更為明顯地被反射回來。這就是為什么在這些情況下，月亮會顯示出更加明顯的橙黃色調。

總的來說，月亮呈現橙色或黃色的原因是由于大氣層中的水汽和顆粒物質對光線的散射作用。短波長的藍光被大量散射和過濾，而長波長的黃光和紅光則能更直接地到達我們眼中，從而使得月亮看起來具有暖色的光芒。

圖4 橙色深度不一的月亮(自制)

2.5 紅月亮

紅月亮，常于月全食時出現，這是因為太陽、地球和月亮在這一時刻排列成一條直線。月全食發生時，地球位于太陽和月亮之間，使得地球的陰影完全遮住了月亮。此時，地球的大氣層對陽光的散射和折射作用使得月亮呈現出獨特的紅色。

在月全食期間，太陽光穿過地球的大氣層。由于大氣層對短波長的藍光和紫光有較強的散射作用，這些短波長的光線在穿越大氣層時被散射得更加嚴重，無法有效地到達月球表面。與此同時，波長較長的紅光和橙光相對較少受到散射，它們能夠通過地球的大氣層并彎曲折射到月球表面。這種現象被稱為“瑞利散射”，是造成紅月亮顏色的主要原因[2]。

由于地球的大氣層不僅僅是散射藍光，還會將紅光折射到月球上，所以當月亮完全進入地球的陰影區域時，它會呈現出迷人的紅色或銅色。這種紅色是由散射和折射的紅光組成的，通常被稱為“血月”。

圖5 月全食發生時太陽、地球以及月球所處位置(自制)

2.6 “藍月亮”

“藍月亮”是一個在特定條件下出現的天文現象。這一術語的出現源于每個季度正常只有三個滿月，但每隔一段時間會有一個額外的滿月。這是由于月球繞地球運行的周期大約是29.5天，而月份存在30天和31天導致產生間隙時間，間隙時間的積累就會出現額外的滿月。現在對“藍月亮”有兩種說法，第一種是指一個公歷月內出現兩次滿月時，后一次的滿月被稱為“藍月亮”。第二種是指在一個季節中出現四次滿月，此時第三個滿月就稱為“藍月亮”[3]。盡管名字中帶有“藍”字，但實際上，藍月亮在絕大多數情況下并不會呈現藍色。它的名稱更多是由偶發的天文學現象而來，而非實際的顏色變化。

真正的藍色滿月是極為罕見的現象，主要需要特殊的氣候和環境條件。要使得月亮呈現出藍色，必須有大量的煙霧、塵埃或其他微小顆粒懸浮在地球的大氣層中。這些顆粒物質會對光線產生散射作用，特別是當這些顆粒物質的尺寸接近藍光的波長時，就會使得藍光在穿越大氣層時得到增強，從而使得月亮看起來呈現出藍色。

歷史上確實有記錄過真正的藍色滿月。例如，在1950年和1951年瑞典和加拿大的森林大火之后，都曾經出現過藍色的月亮。這些自然現象導致了大氣層中懸浮的塵埃和煙霧量顯著增加，使得藍色光線的散射效應明顯，從而使月亮呈現出藍色。

圖6 藍月亮(自制)

2.7 毛月亮

當天空多云時，月亮有時會出現彩色的光環現象，這種現象被稱為“月暈”。月暈是一種光學現象，它發生在月亮周圍形成了一個光暈，通常呈現出多種顏色，如紅色、橙色、黃色和綠色等。這種現象主要是由大氣中的透光云層中的水滴造成的。

月暈形成的原因是這些云層中的水滴大小相似，能夠有效地散射和衍射通過的光線。具體來說，當光線通過這些云層中的水滴時，光線會發生彎曲和分散，形成一個圓形的光暈。由于水滴的大小和光線的折射角度關系，光線在衍射過程中會分解成不同的顏色，類似于光譜中的彩虹色帶，因此月暈通常呈現出豐富的彩色效果。

這種現象也被稱為“毛月亮”，因為它的光環形態有時類似于毛發的邊緣。月暈的顏色和強度可能會因大氣中的濕度、云層的厚度以及其他氣象條件的變化而有所不同。在某些情況下，月暈的顏色可能會非常鮮艷，而在其他情況下則可能比較淡。

圖7 毛月亮(自制)

3 總結

月亮的顏色變化可以由多種因素造成。首先，月亮的顏色會受到地球大氣層的影響。當月亮低于地平線時，經過大氣層的光線路徑較長，短波長的藍光和綠光會被散射，剩下的光線呈現出紅色或橙色，使得月亮看起來呈現出溫暖的色調。其次，月亮的顏色也會受到地球上的環境因素影響，如空氣中的塵埃、污染物質和水蒸氣，這些因素都會改變月光的散射方式，從而影響月亮的顏色。最后，空間中太陽、地球和月亮所處的相對位置也是月亮顏色變化因素之一。

此外，月亮的顏色也與觀測地點的地理條件有關。在不同的地理環境中，空氣質量和大氣層的條件不同，這也會影響月亮的觀感。攝影師可以通過在不同地點拍攝，捕捉這些顏色變化，展現月亮在不同環境下的多樣色彩。

參考文獻

[1]Yang, C., Zhang, X., Bruzzone, L. et al. Comprehensive mapping of lunar surface chemistry by adding Chang'e-5 samples with deep learning. Nat Commun 14, 7554 (2023). https://doi.org/10.1038/s41467-023-43358-0.

[2]李鑒.紅色旭日與粉紅月亮一樣，都是大氣發生瑞利散射的結果.https://baijiahao.baidu.com/s?id=1663815986228648383. 2020.

[3]Borgna Brunner;Anne Marie Imbornoni.Once in a Blue Moon https://www.infoplease.com/once-blue-moon.2020

作者簡介

袁歡容，上海工程技術大學計算物理與應用中心研究生，研究方向為系外行星動力學。

王穎，上海工程技術大學計算物理與應用中心副教授，研究方向為系外行星動力學，幾何算法。

本文轉載自《中國科學院國家天文臺》微信公眾號

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