ทำไมดวงจันทร์จึงมีข้างขึ้นข้างแรม

ดวงจันทร์ไม่มีแสงในตัวเอง ที่เราเห็นสว่างก็เพราะผิวของดวงจันทร์สะท้อนแสงอาทิตย์ ครึ่งดวงที่หันเข้าหาดวงอาทิตย์จึงสว่างอยู่เสมอ ส่วนอีกครึ่งหนึ่งมืด

ขณะที่ดวงจันทร์โคจรรอบโลก มุมระหว่างดวงอาทิตย์ โลก และดวงจันทร์ค่อย ๆ เปลี่ยนไป เราจึงมองเห็นครึ่งดวงที่สว่างนั้นจากมุมที่ต่างกัน บางคืนเห็นเพียงเสี้ยวบาง ๆ บางคืนเห็นเต็มดวง

ลำดับของข้างขึ้นข้างแรม

• จันทร์ดับ ดวงจันทร์อยู่ทิศเดียวกับดวงอาทิตย์ ด้านสว่างหันออกจากโลก จึงมองไม่เห็น
• เสี้ยวข้างขึ้น เห็นเป็นเสี้ยวบาง ๆ ทางทิศตะวันตกหลังดวงอาทิตย์ตก
• ขึ้น 8 ค่ำ (ครึ่งดวง) ดวงจันทร์ทำมุมฉากกับดวงอาทิตย์ ขึ้นราวเที่ยงวันและเห็นได้ดีตอนหัวค่ำ
• จันทร์เต็มดวง (ขึ้น 15 ค่ำ) ดวงจันทร์อยู่ฝั่งตรงข้ามดวงอาทิตย์ ขึ้นตอนดวงอาทิตย์ตกและอยู่บนฟ้าทั้งคืน
• ข้างแรม ส่วนสว่างค่อย ๆ ลดลง ดวงจันทร์ขึ้นช้าลงทุกวัน จนเห็นเป็นเสี้ยวตอนเช้ามืดก่อนกลับมาเป็นจันทร์ดับ

รอบข้างขึ้นข้างแรมหนึ่งรอบยาวราว 29.5 วัน นานกว่าเวลาที่ดวงจันทร์โคจรครบรอบเมื่อเทียบกับดาวฤกษ์ (ราว 27.3 วัน) เพราะระหว่างนั้นโลกก็โคจรรอบดวงอาทิตย์ไปด้วย ดวงจันทร์จึงต้องโคจรต่ออีกเล็กน้อยกว่าจะกลับมาอยู่ตำแหน่งเดิมเทียบกับดวงอาทิตย์ ปฏิทินจันทรคติของไทยนับวันตามรอบนี้ (ขึ้นและแรมกี่ค่ำ)

ในประเทศไทยซึ่งอยู่ใกล้เส้นศูนย์สูตร เสี้ยวดวงจันทร์ตอนหัวค่ำมักดูนอนคล้ายเรือ ต่างจากประเทศที่อยู่ละติจูดสูงซึ่งเสี้ยวดูตั้งขึ้นมากกว่า

ทำไมรอบข้างขึ้นข้างแรมยาว 29.5 วัน

ดวงจันทร์โคจรครบรอบเทียบกับดาวฤกษ์ใน 27.32 วัน แต่ระหว่างนั้นโลกพาดวงจันทร์โคจรรอบดวงอาทิตย์ไปด้วยราว 27 องศา ดวงจันทร์จึงต้องโคจรต่ออีกราวสองวันกว่าจะกลับมาอยู่ทิศเดิมเทียบกับดวงอาทิตย์ คาบนี้เรียกว่าเดือนจันทรคติ หาได้จากสูตร ยาวราว 29.53 วัน

ดวงจันทร์ขึ้นช้าลงวันละราว 50 นาที

ในหนึ่งวัน ดวงจันทร์เคลื่อนไปทางตะวันออกเทียบกับดวงอาทิตย์ราว 12 องศา (360^\circ / 29.53 \approx 12.2^\circ) โลกต้องหมุนเพิ่มอีกเท่านั้นกว่าจะเห็นดวงจันทร์อยู่ตำแหน่งเดิม คิดเป็นเวลาราว 50 นาที ดวงจันทร์จึงขึ้นช้าลงวันละราว 50 นาที

นี่คือเหตุผลที่จันทร์เต็มดวงขึ้นตอนดวงอาทิตย์ตก แต่อีกสัปดาห์ต่อมา ดวงจันทร์ขึ้นตอนเที่ยงคืนและเห็นได้ดีตอนเช้า ค่า 50 นาทีเป็นค่าเฉลี่ย ในแต่ละช่วงของปีอาจต่างไปบ้างตามมุมของแนวโคจรกับขอบฟ้า

สว่างกี่เปอร์เซ็นต์

ถ้ามุมระหว่างดวงจันทร์กับดวงอาทิตย์บนท้องฟ้า (มุมยืด) เท่ากับ E สัดส่วนของหน้าดวงที่เราเห็นสว่างประมาณได้ด้วย

จันทร์ดับ E = 0^\circ ได้ k = 0 ขึ้น 8 ค่ำ E = 90^\circ ได้ k = 0.5 และจันทร์เต็มดวง E = 180^\circ ได้ k = 1 แต่สัดส่วนของหน้าดวงที่สว่างขึ้นกับมุมระหว่างดวงจันทร์กับดวงอาทิตย์บนท้องฟ้า จันทร์ดับไม่เห็นส่วนสว่างเลย ขึ้น 8 ค่ำเห็นครึ่งดวง และจันทร์เต็มดวงเห็นเต็มดวง แต่จันทร์เต็มดวงสว่างกว่าครึ่งดวงราวสิบเท่า ไม่ใช่สองเท่า เพราะตอนเต็มดวงแสงอาทิตย์ส่องตั้งฉาก เงาของหินและหลุมบนผิวหายไปหมด และฝุ่นบนดวงจันทร์สะท้อนแสงกลับทางเดิมได้ดีเป็นพิเศษ

แสงโลก: เห็นส่วนมืดจาง ๆ

ช่วงเสี้ยวบาง ๆ หลังจันทร์ดับ บางคืนจะเห็นส่วนที่เหลือของดวงจันทร์เรืองแสงจาง ๆ สีเทา ปรากฏการณ์นี้เรียกว่าแสงโลก เกิดจากแสงอาทิตย์ที่สะท้อนจากโลกไปตกบนส่วนมืดของดวงจันทร์ แล้วสะท้อนกลับมาหาเราอีกที ตอนนั้นถ้ายืนบนดวงจันทร์จะเห็นโลกเกือบเต็มดวงสว่างอยู่บนฟ้า เลโอนาร์โด ดา วินชี เป็นผู้อธิบายเรื่องนี้ได้ถูกต้องเมื่อราวปี ค.ศ. 1510

ปฏิทินจันทรคติไทยกับเดือนแปดสองหน

สิบสองเดือนจันทรคติยาวราว 354 วัน สั้นกว่าหนึ่งปีราว 11 วัน ถ้าไม่ปรับ เดือนตามจันทรคติจะค่อย ๆ เลื่อนไปไม่ตรงกับฤดูกาล ปฏิทินจันทรคติไทยจึงเพิ่มเดือนแปดอีกหนึ่งเดือนในบางปี เรียกว่าปีอธิกมาส การปรับนี้อาศัยความบังเอิญที่ 19 ปีสุริยคติยาวเกือบเท่ากับ 235 เดือนจันทรคติพอดี (ราว 6,940 วันทั้งคู่)

235 เดือนเท่ากับ 19 ปีปีละ 12 เดือน (228 เดือน) บวกอีก 7 เดือน ใน 19 ปีจึงมีปีที่เพิ่มเดือนราว 7 ปี วัฏจักรนี้เรียกว่าวัฏจักรเมตอน ตามชื่อนักดาราศาสตร์กรีกที่บันทึกไว้เมื่อราว 432 ปีก่อนคริสตกาล