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小学科学课本出错了?杭州一位看了20年月亮的老师有新发现
还记得今年9月那个“画月亮”的梗吗？有网友在微信群报料称，孩子上幼儿园时，老师布置每天晚上画同时间的月亮，连续30天。孩子义无反顾地选择观察晚上12点的月亮，可他心疼孩子，所以代劳，为此瘦了8斤……
鹿姐姐之前一直挺心疼这位家长的，直到最近听一位老朋友说起自己的新发现，才意识到每晚观察月亮并绘图，其实对孩子理解月相图、了解月亮的基本常识还是有蛮多好处的，至少不会把“躺”着的月亮，硬拉着“站”起来——
北京外国语大学附属杭州橄榄树学校天文学教师秦鸿翼（杭州市天文学会理事长），意外发现：网传的部分关于月相变化的示意图有误差。
网传的示意图中，月球的亮面都直立着（亮面与暗面是左右结构），并且上半月月相中，月球亮面在右侧（指向位于西方的太阳），下半月月相中，月球亮面在左侧（指向位于东方的太阳），反应了月球是被太阳光照亮这一个重要的知识点。
但事实上：当一弯新月或残月位于地平线附近时，月球的亮面基本都是“躺”着的（亮面与暗面是上下结构，并且亮面在下），像一个笑脸；而示意图上的月亮却是“立”着的。
注：月球是被太阳照亮的，在任何时候，月球靠近太阳的一侧被照亮，远离太阳的一侧为暗面。
秦老师对照了义务教育课程标准实验教材科学教师用书（六年级下册）月相知识点部分，发现上面也有不严谨的表述。
教师用书上关于“月相”知识点的内容
为此，他写了一篇文章科普“月亮的正确姿势是‘躺’而不是‘立’”这一事实，并引发许多天文爱好者的讨论。
月相变化示意图上怎么会出现误差？今天上午，鹿姐姐联系上了秦老师本人。
网传的“月相变化示意图”为何有误差？
秦老师目前带学校五、六年级的科学课，备课时偶尔会搜索网上现有的课件。前几日，他在网页上偶然翻到了一张“月相变化示意图”，一眼就看出了问题。
“月相知识是小学六年级下学期的课本内容。浏览过这张示意图，我就觉得不对。作为一个超过二十年的资深天文爱好者，对月球的状态已经非常熟悉，知道月亮一般都是‘躺’着或‘半躺’着，立着的是很少见的。”
初五月相，杭州市天文学会会员@星野牧歌2017年3月2日摄于杭州。
图片由秦老师提供，原作者已授权
月亮为啥一般是“躺”着的？秦老师根据地球、月球、太阳三者间的位置关系，给出了原因：
（上下滚动即可查看）
1、实际上，因为月球是被太阳照亮的，在任何时候，月球靠近太阳的一侧被照亮，远离太阳的一侧为暗面。所以，任何时候，月球亮面与暗面分界线两个端点的连线都应该与太阳与月球的连线垂直。
太阳与月球的连线在哪里？怎么找？因为黄白交角并不大，太阳与月球的连线在天球上的投影就在黄道附近，与黄道大致重合。所以不太精确地讲，任何时候，月球亮面与暗面分界线两个端点的连线都与黄道基本垂直。也就是说，月球的亮面必须指向太阳，不过，月球亮面必须指向太阳的基准是黄道。
注：黄道是地球绕太阳公转的轨道在天球上的投影，在地球上看来，黄道就是太阳一年中在天空中（天球上）走过的轨迹。而在一天中，黄道可以近似的理解为，太阳东升西落在天空中划过的轨迹。
为了佐证这个结论，秦老师用Stellarium软件模拟月球在各个方位的状态。模拟图中，黄色线是黄道，绿色线是地平线，月球亮面与暗面分界线的连线用红色线画出；为了明显，在软件中将月球的直径放大了20倍。从这6副模拟图中，可以很清晰的看到，红线在任何时候都基本上与黄道的切线垂直：
最后一幅模拟图中，这时的月亮已经在地平线附近，但是，月亮并不完全是躺着的，而是稍微倾斜一点。
2、在不同的纬度，黄道与地平线的夹角不同。总的来说，月球的姿态大致有三种不同的形式：
(1)、低纬度地区，太阳几乎直射，中午时太阳几乎就在头顶上，所以黄道几乎是垂直地平线的。所以，当黄昏时峨眉月出现在西方地平线附近，或黎明时残月位于东方地平线附近，一定是几乎平躺着的：
Stellarium模拟图，北纬20度地平线附近11月份的初四月相
Stellarium模拟图，南纬20度地平线附近的初四月相
而当早上峨眉月出现在东方地平线附近，或者下午残月位于西方地平线附近时，月亮是趴着的（亮面在上）：
Stellarium模拟图，北纬20度早上东方地平线附近的初五月相
（2）中纬度地区，太阳不能直射，黄道与地平线不可能垂直，但成一个比较大的夹角。所以，当黄昏时峨眉月出现在西方地平线附近，或黎明时残月位于东方地平线附近，会是斜躺着：
Stellarium软件模拟的北京附近（北纬40°）初五的月相图
对于南半球的情形，由于黄道位于北边，月球斜躺的方式有所差别：
Stellarium模拟图，南纬40度地平线附近的初四月相
类似于低纬度的情形，当早上峨眉月出现在东方地平线附近，或者下午残月位于西方地平线附近时，月亮是斜趴着的；
（3）高纬度地区，太阳高度非常低，经常在地平线附近兜圈子，也就是说，黄道几乎与地面平行。所以，当峨眉月或残月位于地平线附近，会是立着的。实际上，峨眉月或残月在任何时候基本上都是立着的。
Stellarium模拟图，北纬65度地平线附近的初四月相
相应的，对于盈凸月及亏凸月，把前文所述的亮面换成暗面，结果类似。
秦老师还发现，只有当月球位于地球正南方且高度最高时，黄道切线与地面平行，月相才会呈直立状态。而在其他位置，黄道一定是倾斜于地面的，月球亮面与暗面分界线的连线与地平线成一定的角度。也就是说，只有当月亮公转轨迹到地球正南方时，观测者才能拍摄到直立的月亮，和观测者的坐标位置没有关系。
“由于月球每天出现在正南方的时间变化很大，而且与我们平时使用的公历没有任何关系，所以很难说月球什么时候会在正南方出现。”秦老师解释说：“农历初八前后，天黑后不久看到的月亮，就是大约在正南方立着的。”
农历十三月相，2018年6月26日于海童摄于英国。
图片由秦老师提供，原作者已授权
为了佐证文章观点，秦老师特意搜罗了国内外天文爱好者拍摄的不同纬度、不同天数的月相观测图。为了查清每张图片的拍摄时间、地点及拍摄人员，秦老师花了好几天的功夫。“杭州爱好者的图片容易求证，但国外来源就很难查清，得花时间找原始出处。国内可供参考的天文图片不太多，这也是写科普文章比较难的一关。”
这篇科普文发布后，不少天文爱好者都在朋友圈里给这篇文章点赞。在秦老师的天文爱好者交流群，还有家长特别感谢秦老师的科普：“孩子每天的观测月亮作业里，月亮都是‘躺’着的，我还以为画错了。”
秦老师和家长的对话截图
网传的月相变化示意图为何会有误差？秦老师解释说，出现这种“误差”，其实是教材编写者考虑到小学生现有的知识接受水平，将示意图的难度人为降低。
“月相确实是一个非常困难的内容，尤其是涉及到黄道、天球、以及地球、月球、太阳三者间复杂的空间及运动关系，完全理解需要学生有非常好的空间想象能力。这一点对于大部分小学生基本上是不可能做到的，甚至很多中学生也难以做到。”秦老师解释道。
秦老师还表示，这种“失误”在小学科学课本里时有发生。例如小学5年级上学期科学课本中对“摩擦力”的定义为：运动物体要受到的一种阻碍运动的力；但上了高中会发现，摩擦力有时候其实是运动物体的动力。“都是同一个道理，但这些‘误差’不会影响学生对相关知识点的掌握。”
不过，秦老师并不赞同这一做法。“在课堂上，我不会用这张月相示意图。因为只要学生仔细观察，很容易发现这个示意图中的问题。虽然我无法准确在课堂上解释月亮‘躺’的原理，但可以留作一个课外任务，引发学有余力的学生的思考。”
文：杨希林
综合自 杭州天文学会
编辑/制作：沈蒙和 杨希林
