用立體鏡來(lái)觀看各種物體，最引人入勝的要算是看見(jiàn)月球的形狀了。在立體鏡里，你會(huì)親眼看見(jiàn)，月亮是真正的球形。而我們?cè)谔炜罩兴匆?jiàn)的月亮卻是平面狀的，就如同一個(gè)茶具托盤(pán)。

可是要得到月亮的實(shí)體相片卻是極其困難的，這或許是許多人都不曾想到的。要拍攝這種照片，就必須對(duì)月球變幻莫測(cè)的運(yùn)動(dòng)規(guī)則有深刻的了解。

實(shí)際上，月球圍繞地球運(yùn)轉(zhuǎn)的時(shí)候，始終是以同一面朝向地球，并且在繞地球運(yùn)轉(zhuǎn)的同時(shí)，它還繞著自己的中軸運(yùn)動(dòng)，而這兩種運(yùn)動(dòng)都是在同一時(shí)間段內(nèi)完成的。

在圖37中，大家看到的是月球的運(yùn)行軌道。圖中有意凸出了月球橢圓體的延伸度，實(shí)際上月球軌道的偏心率為0.055。在比較小的圖形中，肉眼根本無(wú)法將其軌道同圓形區(qū)分開(kāi)來(lái)：就算將長(zhǎng)半軸畫(huà)成1米，短半軸也只比它短1毫米，而地球距離月球軌道中心的距離也只有5.5厘米。圖中有意凸出橢圓體的延伸度，是為了使得接下來(lái)的敘述更容易理解。

因此，我們假設(shè)圖37中的橢圓就是月球圍繞地球運(yùn)轉(zhuǎn)的路線。地球位于O點(diǎn)——橢圓的一個(gè)焦點(diǎn)處。開(kāi)普勒定律不僅適用于行星圍繞太陽(yáng)的運(yùn)動(dòng)，同時(shí)也適用于衛(wèi)星圍繞行星的運(yùn)動(dòng)，尤其適用于月亮的運(yùn)動(dòng)。根據(jù)開(kāi)普勒第二定律，月亮在一個(gè)月的的時(shí)間內(nèi)走過(guò)的路程是AE，因此圖形OABCDE的面積等于整個(gè)橢圓面積的，也就是等于圖形MABCD的面積（此圖中，MOQ面積=DEQ面積，則MOQ+OABCD=DEQ+OABCD，即MABCD=OABCDE）。因此，在一個(gè)月的的時(shí)間內(nèi)，月亮從A點(diǎn)運(yùn)行到E點(diǎn)。同其他行星的自轉(zhuǎn)一樣，月亮的自轉(zhuǎn)和它們圍繞太陽(yáng)的公轉(zhuǎn)不同，自轉(zhuǎn)都是勻速的：在一個(gè)月的時(shí)間內(nèi)，它們旋轉(zhuǎn)了剛好90°。所以，當(dāng)月球位于E點(diǎn)時(shí)，它從A點(diǎn)圍繞地球旋轉(zhuǎn)的半徑范圍是一個(gè)大于90°的弧形，因此其投射點(diǎn)并不是M點(diǎn)，而是M點(diǎn)左邊的某點(diǎn)，這一點(diǎn)距離月亮軌道的另一個(gè)焦點(diǎn)P點(diǎn)不遠(yuǎn)處。由于月亮表面稍微偏離了地球上的觀測(cè)者，因此觀測(cè)者能看到它右半部分原來(lái)看不見(jiàn)的一小部分，即呈眉樣的邊緣。月亮位于F點(diǎn)時(shí)，觀測(cè)者可以見(jiàn)到平時(shí)看不見(jiàn)的部分的更窄的一部分，因?yàn)榻荗FP比角OEP小。在G點(diǎn)——月球軌道的遠(yuǎn)地點(diǎn)，月球相對(duì)于地球的位置和位于近地點(diǎn)A時(shí)相同。在接下來(lái)的運(yùn)動(dòng)中，月球面向地球的是它的另一端，地球上的觀察者就可以看到它不可見(jiàn)部分的另一小部分：這部分開(kāi)始時(shí)逐漸擴(kuò)大，然后慢慢縮小，在A點(diǎn)的時(shí)候月亮又恢復(fù)了原來(lái)的位置。

圖37　月球圍繞自己的軌道繞地球運(yùn)轉(zhuǎn)。

我們認(rèn)為，由于月亮的軌道是橢圓形的，月球朝向地球的那一面不會(huì)始終完全相同。月球不是始終以相同的一面朝向地球，而是朝向它軌道上的一個(gè)焦點(diǎn)。在我們看來(lái)，月亮像是在圍繞天平上一個(gè)中心位置來(lái)回?fù)u擺；這種搖擺在天文學(xué)上稱作“天平動(dòng)”。天平動(dòng)的大小是用相應(yīng)的角度來(lái)測(cè)量的，例如：E點(diǎn)的天平動(dòng)等于OEP角。最大的天平動(dòng)接近8°，為7°53'。

讓我們來(lái)觀察天平動(dòng)的角是如何隨著月球在軌道上的移動(dòng)而增加或者減小的。以D點(diǎn)為圓心，用圓規(guī)畫(huà)一條弧線通過(guò)O和P兩個(gè)焦點(diǎn)，這條弧線在B和F點(diǎn)與軌道相交。OPB和OFP兩個(gè)角都等于ODP角的一半。在B點(diǎn)時(shí)達(dá)到最大值的一半，然后開(kāi)始慢慢增加。在從D點(diǎn)到F點(diǎn)的軌道上，天平動(dòng)開(kāi)始慢慢減少，接著減小的幅度增大。在橢圓軌道的下半段，天平動(dòng)大小的改變情況和上半段一樣，不過(guò)方向相反（在軌道各點(diǎn)上天平動(dòng)的大小，大約跟月球距離橢圓形長(zhǎng)徑的距離成正比）。

我們剛才談?wù)摰氖窃虑虻摹敖?jīng)天平動(dòng)”。月球還有一種“緯天平動(dòng)”。月球軌道的平面跟月球赤道的平面呈的角。因此我們從地球上觀察月球時(shí)，在某些時(shí)候可以從南面略微瞥見(jiàn)一點(diǎn)月球不可見(jiàn)的那一面，在某些時(shí)候又可以從北面瞥見(jiàn)它一點(diǎn)。這種緯天平動(dòng)最大為。

現(xiàn)在我們來(lái)分析天文攝影家是如何利用月球的這些微擺來(lái)拍到它的實(shí)體相片的。讀者們或許已經(jīng)猜到，要得到月亮的實(shí)體照片，必須選擇兩個(gè)這樣的月球位置：當(dāng)它位于一個(gè)位置時(shí)，相比于另一個(gè)位置，它已經(jīng)轉(zhuǎn)過(guò)了一個(gè)足夠大的角。例如A點(diǎn)和B點(diǎn)，B點(diǎn)和C點(diǎn)，或者C點(diǎn)和D點(diǎn)等等，這類適合拍攝月球?qū)嶓w照片的點(diǎn)很多。但是我們又遇到了新的難題：在這些位置的時(shí)候，月球的位相在1.5～2晝夜的時(shí)間內(nèi)相差太大，使得月亮發(fā)光部分的邊緣在照片上所呈現(xiàn)的并非是陰影，這對(duì)實(shí)體照片來(lái)說(shuō)是不應(yīng)當(dāng)存在的（這一邊緣會(huì)如銀子般發(fā)亮）。由此就出現(xiàn)了一個(gè)難題：拍照者需要守候一段時(shí)間，才可以拍到相同相位的月亮相位。這些相位的經(jīng)天平動(dòng)在大小上應(yīng)當(dāng)使得發(fā)光部分的邊緣通過(guò)同樣的月面才行。此外，前后兩次月面的緯天平動(dòng)也必須完全相同。

現(xiàn)在大家可以明白了，要得到一張很好的月亮實(shí)體照片是多么困難了。因此，如果大家聽(tīng)說(shuō)一對(duì)實(shí)體照片中的一張常常需要在另一張拍攝成功之后好幾年才能拍成，也就不會(huì)感到驚奇了。

我們的讀者不見(jiàn)得會(huì)去拍攝月球的實(shí)體照片。我們之所以在此對(duì)這種照片的拍攝方法加以說(shuō)明，自然并非抱著某種實(shí)用的目的，而是為了讓大家明白月球運(yùn)動(dòng)的一種特性，讓天文學(xué)家有機(jī)會(huì)看到平常見(jiàn)不到的月球的那一面的一小部分。由于月亮有兩種天平動(dòng)，因此總的來(lái)說(shuō)，我們所看見(jiàn)的就不只是月球的一半，而是它的59%，完全看不見(jiàn)的部分是41%。誰(shuí)也不知道我們所看不見(jiàn)的部分是怎樣的構(gòu)造。我們只能推測(cè)它和月亮可見(jiàn)的一面不會(huì)有很大的差別[2]。天文學(xué)家也曾嘗試著把月球上的山脈從看得見(jiàn)的一面向后延長(zhǎng)，試圖借此而畫(huà)出看不見(jiàn)的那一面上的某些細(xì)節(jié)來(lái)。不過(guò)這些想象中的事實(shí)是否屬實(shí)，我們現(xiàn)在還無(wú)法加以證實(shí)。在此我們只說(shuō)“現(xiàn)在”，不說(shuō)將來(lái)，因?yàn)槿藗兡菚r(shí)候已經(jīng)可以乘坐一種可以克服地球引力飛入太空的特別飛行器，飛到月球上去，這一大膽的設(shè)想在不久的將來(lái)就可以實(shí)現(xiàn)了。此外，目前我們已經(jīng)明白了一個(gè)事實(shí)：在月球的看不見(jiàn)的那一面有空氣和水的假設(shè)是完全沒(méi)有根據(jù)的，因?yàn)檫@跟物理學(xué)規(guī)律相矛盾。既然月球的這一面沒(méi)有空氣和水，那一面當(dāng)然也不會(huì)有（我們?cè)诤竺孢€會(huì)談到這一點(diǎn)）。