牛年元宵，月亮为何还是“十六圆”？“圆”因来咯！
正月十五月儿圆～元宵佳节，总是伴随着一轮满月。其实说到圆月，我们更熟悉、也更经常谈论的是“八月十五”，这里的“十五”，说的都是我国古代使用的农历当中的日期15号。八月十五是赏月的中秋佳节，正月十五就是我们春节末尾要过的元宵节了。
元宵节，又称上元节、小正月、元夕或灯节，是中国的传统节日之一。正月也就是一月，是农历的“元”月，古人称“夜”为“宵”，正月十五是一年中第一个月圆之夜，所以称正月十五为“元宵节”。在这一天，民间习俗讲究吃元宵、汤圆，这些食物是不是很像又白又圆的月亮呢？
元宵、汤圆，都是又白又圆 图片来源：www.pinlue.com
元宵节，月满冰轮，也是赏月的佳期良辰，但是有许多报道说，今年元宵期间的月亮不是“十五圆”，是“十六圆”，也就是农历16日月亮“最”圆。去年2020年元宵节就是这样，今年的月圆怎么还是“不按常理出牌”呢？
Part.1
为什么“十五”的时候月亮圆？
俗话说，“一年十二月，月月十五圆”，到底有没有道理呢？我们不妨来推算一下。
太阳是“阳”，月亮就是“阴”了，所以月亮也有“太阴”的称呼。农历在日期上所采用的“阴历”，依据的是古人对月亮每晚形状变化的观察。“人有悲欢离合，月有阴晴圆缺”，月亮或钩或圆，也被称为“月相”，变化周期大约是29天半，古人据此制定了阴历月份，其中1/3/5/7/9/11月为“大建”，每月30天；2/4/6/8/10/12月为“小建”，每月29天。但是注意！古人实际使用的历法——“农历”中的日期并不是纯粹的阴历，大小月的设置有更加复杂的规则，比咱们公历中30/31天的设置复杂得多。
阴历的每一天都是依据月亮的形状定的——月初和月末是朔月、新月，这时候的月亮基本看不到，或者是很细的月牙，但到了一个月的中间——15号，就迎来了圆月的时间。
月亮真的会像肉眼看到的一样忽大忽小地一直变化吗？其实并不是。月亮的形状是由地面上的人观察月亮被太阳照亮的角度而决定的。月球对着太阳的半个球面是光亮的，而背着太阳的半球面是黑暗的。就像示意图中那样，如果月亮在日地连线地球的背后，它被照亮的一面正好被地球夜晚的人们看个正着，这就是又圆又亮的满月了，而这天就在元宵节这样的阴历15号前后。
地球、月亮相对与阳光照射的位置，决定了月亮能看到的“形状”
图片来源：https://www.gettyimages.es/detail/fotografía-de-noticias/moon-phases-diagram-drawing-fotografía-de-noticias/167396776
Part.2
今年元宵怎么跟去年连着，都是“十六”圆？
留意天文新闻的朋友可能有印象，2020年的元宵节同样是农历正月十六月圆。其实“十五圆”或者“十六圆”并非交替出现，2017-2019年的元宵节月亮均是“十五圆”，但2020和2021年元宵节月亮则都是“十六圆”，满月到底会出现在哪一天需要的是精确的计算。
每个阴历的月份都会有一次月圆。不过，月亮围绕地球转动的轨道是椭圆形，最近约为36万公里，最远约为40公里远；受各种因素影响，例如牛顿发现的万有引力规律以及向心力公式，月球绕地球公转速度有时快（距离地球近）、有时慢（距离地球远），从一次满月到下一次满月，所经历的平均周期是29.53天，但最长与最短周期相差13个小时。
与月亮行走到何处无关，咱们昼夜交替的一天是由地球自转决定的，24小时是一天，13个小时可以差出半天之多。如果满月以前月亮的“脚步”慢，则从阴历的“朔”（新月）到“望”（满月）可能要走16-17天，再加上阴历月份存在29天与30天的不同，就可能出现“十五的月亮十六圆”的现象。根据精密计算，2021年农历正月最圆的月亮出现在2月27日16时17分，这天是农历16日。
椭圆轨道上天体运行速度的示意图
图片来源：https://junior-report.media/en/kepler-and-the-universe/
那到底是什么原因造成了不同年份之间月圆时间的区别呢？主要是以下三个方面：
（1）是来自于变化的精确周期与24小时制的日期之间相差的若干小时；
（2）是我们刚才说到的大小月交替的不同；
（3）是我们下文要讲到的农历“闰月”设置；
因此，连续年之间的元宵节是“十五圆”还是“十六圆”说起来会相当复杂。
Part.3
现在的日历干嘛不跟农历对齐？
如此看来，农历的日期所基于的阴历非常便于了解当晚的月亮是什么样子的，每年春节和元宵的日期也不会变来变去，那为什么我们现在不用这种日期了呢？
这是因为阴历完全依据月亮变化的规律制定，这和农历指导农耕的“农”字不合。阴历的一年只有354天左右，但是决定地面气温变化的地球公转周期是365天5小时48分46秒，相差的11天多使得四季的变化在阴历上没有固定的时间，不利于农民使用。如果放任12个月如此，只需17年，相同日期的冬夏就要反转；但如果设置一年13个月，一年又多出18天，同样会导致季节倒转。
因此，我们的祖先找到了“闰月”的办法，每19年加7个闰月，保持正月初一春节总在冬末春初，大体上1-3月为春季，4-6月为夏季，7-9月为秋季，10-12月为冬季。设置了闰月的年份为闰年，闰年的12月多加一天为355天，而平年只有354天。
闰月设置的年份由节气、中气决定，同时还要调整大小月。这些规则让人听了就头昏，所以我们就不再继续详细介绍了。在这种情况下，农历月份、日期想要与公历对齐，是完全不可能的。2021年的春节在2月12日，可2020年在1月25日，2020年出现了闰4月，也就是有两个4月，这些都与公历格格不入。（ps：2021年没有闰月。）
闰月表：并非每年都有闰月 图片来源：item.btime.com
现在我们普遍觉得农历日期计算复杂，更不要说古代文化水平较低的老百姓了。因此，在古代，历法都是政府计算并制定后，再公布给平民百姓，有朝代甚至明文规定百姓不准私自观测天文、制定历法。
相比于农历，国际推行的现行“公历”以365天，也就是地球围绕太阳公转的周期为基础，大家理解起来更加方便。统一的历法也促进了国际间的交流，辛亥革命后，民国曾在多方面与国际接轨，其中就包括了历法，也就是“公历”。
圆月无论出现在哪一天，其实都是正常的历法现象。每一次“满月当空”，都是一次难得的赏月良辰，趁着天气晴朗，赶快出门观赏吧，和家人一起共同迎接春回大地后的第一个月圆之夜！
出品：科普中国
制作：王铮（中国科学院国家空间科学中心）
监制：中国科学院计算机网络信息中心
本文来源于”中国科普博览“公众号（kepubolan），转载请注明公众号出处