虽然自古以来就有“十五的月亮十六圆”这一说法，但事实上中秋的月圆之时每年都不一样。
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Part.1 月形：圆月几时有？
癸卯年八月十五，也就是2023年的中秋时节，月亮最圆的时刻是在北京时间9月29日17时57分。
今年“十五的月亮十五圆”，但是最圆时刻正值白天，要想看到圆月不太现实，需要等到傍晚时分，我们才能看到一轮圆月升起。虽然中秋之夜最圆的月亮已稍稍错过，但与最圆的时刻相比，普通人的肉眼并不能分辨出差别。
也就是说，虽然当我们能看见明月之时已经稍许错过了月亮最圆时刻，但这种变化仅靠肉眼其实很难分辨。因此，月有阴晴圆缺并不能被我们的肉眼识别出来，赏月之旅仍然可期。
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Part.2 月时：何时上梢头？
说到月圆，不一定可以是八月十五，十六或十七都有可能。民间之所以有“十五的月亮十六圆”一说，是因为月球在椭圆轨道上绕地球转动，从一个满月到下一个满月，平均需要29天12小时44分钟，也就是差不多一整天的时间。
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在“望”时，月、地、日最接近一条直线，月亮因此也最圆、最亮。但由于月亮（围绕地球的）转速有快有慢，因此每次抵达“望”的时间不同，大多在农历十六日、十五日，甚至十七日凌晨（也有少数情况在农历十四日）。
十五的月亮为什么十六圆？有两个重要的原因。
第一个原因：一个“朔—望—朔”的完整周期是29.53059天，从朔（新月）到望（满月）再到朔（新月）。既然“朔—望—朔”的周期平均是29.53天，那么一个“半周期”（即“从朔到望”或表述为“从新月到满月”）的平均值则是14.77天。请大家注意，这里讲的都只是“平均”值。
根据农历历法规定，朔所在这一天为每月初一日，这就像咱们中国人传统的虚岁纪年，人生下来就记有一岁，而不是像周岁法，从出生零岁到整整满一年后，才算满周岁（一岁）。
其实这就是“十五的月亮十六圆”的精妙所在，理解这一点，是理解这个问题的第一个关键。
同是初一日，朔可能发生在凌晨，也可能发生在晚上，而且每个朔望月本身有长有短，使这个问题分析起来非常复杂。
为了方便把这个复杂问题说清楚，我们打个比方，例如当我们以平均半周期14.77天为考察依据时，那么即使“朔”的时刻发生在凌晨（我们把这个凌晨所在的那天记之为朔日初一），那么到“望”的时候（1.00+14.77=15.77），无论怎么着，也已经是十五日傍晚六点多钟了。
注意我这里的1.00，是用其代表“初一的零点”，如果“朔”出现的时候是初一的正午（即一天的一半时刻，一天的正中间位置），那就用1.50来表示，那如果朔出现在这一天的很晚，快到23点了，那么这一天既必须是朔日，我们也必须把它记录成1.96…有了这样一个定量的关系，分析起来就比较清楚了。
但有人可能会说不对啊，即使用1.00+14.77或者2.00+14.77，作为两种极端情况来考虑的话，“望”的时刻也只是会在15.77和16.77，分别对应于十五的和十六的晚上九时左右。
十五的月亮无论“十五圆”还是“十六圆”都能理解了，但是“十四圆”和“十七圆”又是怎么来的呢？
注意。敲黑板。我刚才不是说了吗？14.77天只是一个平均值。
这就不得不提及第二个关键原因。
月球绕地球的运动轨道、地球绕太阳的运动轨道都近似为椭圆形，根据开普勒定理，运行速度时快时慢。月球在某段时间里“步伐”的急缓，决定了从朔到望的间隔，最短约13.9天，最长约15.61天。这就使得满月也可能发生在农历十七，或是农历十四。
从以上知识出发，我们得到造成该结果的两个原因：其一是我们通常把出现朔的当天，直接记为初一（直接“给一分”，不用“从零满周岁”。）另外，朔不一定出现在初一的凌晨，也有可能出现在初一的中午或傍晚，这就给出出了一个“余量范围”。
其二是月球绕地球旋转的轨道是椭圆形的，而且椭圆轨道本身还在进动。根据开普勒第二定律（也称为面积定律，具体就是相等的时间内，扫过的面积相等），当月球离地球比较近的时候，线速度和角速度都比较大；当月球远离地球的时候，线速度和角速度都比较小。这于是导致在一个周期中，朔—望—朔交替的速度并非均匀流逝，而是时快时慢。所以运动速度不同，就造成了满月并不是在一个月正中间。可能晚一点，出现在农历八月十六，甚至可能更晚，出现在农历八月十七。
当然，也可能会出现得更早一些，出现在农历八月十四。“十五的月亮十四圆”，这何以可能？
我斩钉截铁的回答“有可能”。
当月球绕地的轨道旋进成为椭圆远轴恰好指向的特定方向时，此时如果又恰逢“朔”发生的比较早，两个“有利”因素叠加，这样月亮就会在有了一个“起了个大早”的“朔”后，便“急匆匆地快速赶路再去赶个早集”。
于是“早和快”相加，“天时地利”凑一起，“借得东风”的明月，得以以最快的速度到达满月。于是乎，十四圆的情况便出现了。
在21世纪的这100年中，统计结果显示，共有1241次“满月”出现在农历八月十七、十六、十五和十四。其中，出现次数最多的是农历八月十六，共有579次；其次是农历八月十五，共有468次；再次是农历八月十七，共有188次；次数最少的是农历八月十四，仅有6次。
最近的一次出现“十五的月亮十四圆”，就是在2020年庚子鼠年农历六月十五 ，离我们并不遥远，我们都经历过，只是已经过去。
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Part.3 月色：何以如此斑斓？
我们一起赏完了月亮的形状，知晓了月亮出现的时间变化，那么月亮的颜色又藏着怎样的奥秘呢？为什么月亮看上去的颜色有时是金黄的，有时却是银色的？月亮还有哪些颜色？不要着急，我们接着慢慢赏月。
月亮陆离斑驳，相信大家最感兴趣的就是红月。
月亮的颜色和大气色散有很强的关系，当在地平线上的时候，有时候会出现红色，这和太阳在地平线上是红色的原理近似。因为穿越较厚大气到达人眼中之时，只有红色能够穿透大气，其他颜色的光都被色散分开。
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这种现象在月食的时候尤为明显。当月球完全进入地球的本影，理论上所有的阳光都被地球所遮挡，但由于地球大气层的存在，完美充当了色散棱镜加滤光器的作用，紫、蓝、黄、绿光被大气阻挡后，只有穿透力较强的红光折射到月球上。
这时候如果我们人类能够站在月面上仰望地球，就会看到地球的大气层被一圈壮丽的橙红色光环所环绕。如果我们人类能有幸看到这一幕，那一定会令所有人都感到震撼无比。
“小时不识月，呼作白玉盘。又疑瑶台镜，飞在青云端。”可见在古人的诗作中，他们并没有经常看到红月，反而看到的多是白玉色的月亮。那么银白色月亮又是怎样形成的呢？
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我们知道，当太阳的“红、橙、黄、绿、青、蓝、紫”七种颜色的光聚合在一起时即为白色光，而月亮本身并不发光，所发的光是反射的太阳光。
显然同理，当月亮将映射于本身的光线反射后穿过大气层时，如果七色光中的任何一种都没有被吸收掉，那么映入人眼的光线就是银白色的。
除了银色月光以外，黄色月亮也是我们经常会看到的月亮颜色。它又是怎样形成的呢？
当月光穿过大气层的时候，水汽、尘埃等杂质会吸收掉波长较短的青、蓝、紫光，剩下的几种颜色光混合起来，进入我们眼帘后就形成了我们看到的黄色月亮。
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当大气层中水汽越浓，月亮就会越偏重橙红色。当月亮斜穿大气层在地平线附近出现时，光线会走更长的距离，所遇阻碍尘粒也会比垂直穿过时多得多，故冷色光被吸收或散射掉的也会更多。所以月亮在地平线的时候，会更显橙黄色，煞是美丽迷人。
或许还有小伙伴会问，蓝色月亮我们也不多见，这种看上去静谧的色调又是如何在月亮上形成的？
没错，蓝色月亮的确并不多见，但并非不存在。因为蓝色月亮形成的条件非常苛刻，所以才不容易被我们观察到。在历史文献资料的记载中，蓝色月亮代表着自然灾难的发生。
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凡是有蓝色月亮记载的资料里，大多都伴随有火山爆发、地震、森林火灾等灾难。当这些灾难发生时，就会在空气中形成大量的烟雾颗粒，这些细微颗粒能将红、橙、黄等较长波段的光统统吸收过滤掉，只让蓝紫光通过，所以到达我们视觉的光就形成了蓝色月亮。
Part.4 与子共中秋
金风荐爽、玉露生凉、丹桂飘香，中秋的圆月里既有思念之意，相聚之期，又有许多自然科学的秘密。
最后，祝愿各位在中秋佳节能与想见的人相聚，即使无法团圆也能隔千里兮共明月。
出品：科普中国
作者：董志川（中国科学院南京天文光学技术研究所）监制：中国科普博览
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