明明是白天，為什麼看得到月亮？
― 月亮待在白天天空與夜晚天空的時間，幾乎一樣長
「月亮是晚上才出來的」，很多人都這麼想。但如果以一整個月來計算，月亮待在白天天空裡的時間，其實跟待在夜晚天空裡的時間差不了多少。之所以白天也看得到，是因為月亮在天空中移動的速度和太陽不同，再加上月亮的亮度不輸給藍天，這兩個原因疊加在一起的結果。
放學回家的路上，不經意抬頭一看，藍天裡浮著一輪白色的、淡淡的半月。
走在旁邊的小孩問：「為什麼明明是白天，月亮卻出來了？星星卻看不到？」
聽他這麼一說，確實很奇妙。月亮和星星，照理說應該都是夜空裡的東西。為什麼只有月亮能留在白天的天空裡呢？
原因只有兩個
月亮升起、落下的時刻並不會跟太陽一致。它每天大約晚50分鐘升起，所以有些日子，白天的時候它就已經掛在天上了。
白天的天空因為太陽光而明亮。大部分的星星都會被這股亮度淹沒，但月亮是一整片面在發亮，所以就算在藍天之上，也能清楚分辨出來。
「待在天空裡」和「能被分辨出來」，這兩個條件同時成立，才看得到白天的月亮。接下來依序來看。
月亮每天升起的時間會晚50分鐘
太陽幾乎每天都在差不多的時刻升起。但月亮繞地球一圈大約要花一個月，所以從太陽的角度來看，月亮的位置每天都會往東邊偏移一點點。
偏移多少，月亮升起的時刻就會晚多少。因為是花一個月的時間偏移一整天的量，所以平均下來，每天大約晚50分鐘。月亮停留在天空中的時間長度本身大約是12小時，跟太陽差不了多少，不同的是它出現的時刻。
請看圖1。上面那條色帶是白天，中間那條是月亮在地平線之上的時間。半月（上弦月）前後，月亮大約在中午從東邊升起，一直到傍晚都待在藍天裡。拖動滑桿改變日期，可以看到中間那條色帶會慢慢往右移動。
重疊幾乎消失的情況只有兩種。一種是滿月前後：月亮位在太陽正對面，會在太陽下山的同時升起。另一種是新月前後：月亮緊貼在太陽旁邊，不但太細，還會被陽光的刺眼光芒淹沒。除此之外的日子，月亮都會出現在早晨或傍晚的藍天某處。
從新月到滿月的前半段，月亮會出現在下午到傍晚的天空。過了滿月之後的後半段，則會留在早晨的西邊天空。「早上去上學時看到白色的月亮」，通常都是滿月過後的情況。
月光，是「疊加」在藍天的光之上
光是待在天空裡，並不代表就能被看到。白天的星星也確實還在天上，只是看不見而已。造成差異的關鍵，在於亮度的「差」。
白天的天空之所以明亮，是因為太陽光撞上空氣分子，四處散射開來。我們看月亮的時候，其實是隔著這層發光的空氣在看。也就是說，眼睛收到的光是「天空的光＋月亮的光」。
請看圖2。月亮所在的方向，會比周圍的藍天明顯更亮。據說人眼只要亮度差個幾%就能分辨出來，所以月亮很輕鬆就能被找到。相對地，就算是最亮的恆星天狼星，傳到地球的光量也只有滿月的約三萬分之一。就算疊加在天空的光上，差異也微乎其微，根本分辨不出來。
因為前方藍天的光也疊加在月亮上面。夜晚看起來偏黑的月面花紋（俗稱「玉兔」的部分），到了白天也會被天空的藍色蓋過，看起來泛著淡淡的藍白色。白天的月亮之所以看起來有點透明，正是隔著藍天在看的證據。
據說在條件良好的情況下，金星即使在白天也能用肉眼看到。不過因為它只是個小點，如果不知道它確切的位置，幾乎找不到。月亮之所以在白天容易被注意到，是因為它既明亮，又占了一大片面積。
總結
月亮每天升起的時間大約晚50分鐘，所以除了滿月和新月前後，其餘時候都會出現在早晨或傍晚的藍天某處。而且月光會疊加在天空的光之上，明顯比周圍更亮。既待在天空裡，又能被分辨出來，所以白天也看得到月亮。
月亮並不是「只屬於夜晚的東西」。
以一整個月來看，它待在白天的天空和夜晚的天空的時間幾乎一樣長。
月亮形狀每天改變的原理，在「月亮的形狀，為什麼每天都會改變？」裡有詳細介紹；白天看不到星星的原因，則收錄在「為什麼白天看不到星星？」這篇文章裡。
- 查一下月曆或天氣預報，找出「上弦月」的日子，在那天下午3點左右，看看東南方到南方的天空，應該能找到半月。
- 隔天在同樣的時刻、同樣的地點再看一次。你會發現月亮往東偏移了，而且形狀稍微變胖了一點。這每天約50分鐘的延遲，就是用肉眼能看到的變化。
- 滿月過後大約一星期，試著找找看早晨的西邊天空。在上學或上班的時間，有時候還能看到白色的月亮留在那裡。
絕對不要直接看太陽。尋找月亮時，可以先用建築物或手掌把太陽遮住，再環顧天空，這樣比較安全。
想知道更多 ― 用語、公式，以及與教科書的關聯從國中理化到大學專業科目，會明確標示是哪個程度的內容
- 國中國中理化課會學到的範圍
- 高中高中「地球科學」「物理」會學到的範圍
- 高中＋高中的進階內容，或教科書專欄介紹的內容
- 大學高中不會教、屬於大學專業科目（天文學・視覺科學）的內容
- 研究中連大學都還不當作「定論」來教，是研究者目前正在探討中的內容
國中用語：這個現象是有名稱的
- 月齡：從新月算起經過的天數。大約第7天是上弦月，第15天是滿月，第22天是下弦月。
- 朔望月：從新月到下一次新月之間的長度，大約29.5天。這也是月亮相對於太陽、在天空中繞一圈的週期。
- 離角：在天空中，太陽與月亮看起來相隔多遠，以角度來表示。新月時是0度，滿月時是180度。
國中高中用公式驗證：上弦月在白天的天空裡待多久？
根據月齡來估算月亮待在白天天空中的時間。這裡假設白天的長度，以及月亮待在地平線之上的時間都約為12小時，是春分・秋分前後的估計值。
| 用符號表示 | θ ＝ 360° × d ÷ P、 T ＝ 12 − θ ÷ 15 |
| 用文字表示 | 與太陽的角度 ＝ 360度 × 月齡 ÷ 朔望月。待在白天天空中的時間 ＝ 12小時 − 與太陽的角度 ÷ 天空每小時轉動的角度 |
| 公式從何而來 | 地球自轉使天空每小時轉動15度。月亮每天都會從太陽往東偏移，所以要多花偏移角度除以15度的時間，月亮才會升起，與白天重疊的時間也會相應減少（這是指前半月的情況）。 |
| θ | 太陽與月亮的離角（度） |
| d | 月齡（天） |
| P | 朔望月，約29.5天 |
| T | 月亮待在白天天空中的時間（小時） |
| 朔望月 | 約29.5天 |
| 地球自轉使天空轉動的角度 | 每小時15度 |
| 月亮與太陽停留在地平線之上的時間 | 兩者都約12小時（春分・秋分前後） |
| 上弦月的月齡 | 約7天 |
| 每天往東偏移的角度（度） | 360 ÷ 29.5 ≒ 12.2 |
| 第7天與太陽的角度（度） | 12.2 × 7 ≒ 85.4 |
| 比日出晚升起的時間（小時） | 85.4 ÷ 15 ≒ 5.7 |
| 待在白天天空中的時間（小時） | 12 − 5.7 ＝ 6.3 |
| 一天的分鐘數 | 24 × 60 ＝ 1440 |
| 月出每天延後的時間（分鐘） | 1440 ÷ 29.5 ≒ 48.8 |
假設日出是6點，上弦月大約在11點40分左右升起，一直到日落為止，約有6小時待在藍天裡。這和圖1滑桿初始值算出的結果一致。月出每天大約延後49分鐘，所以「每天晚50分鐘」這種說法，是這個計算結果四捨五入後的講法。
高中高中＋月出延後的時間，會隨季節改變
高中月亮的軌道（白道）幾乎和太陽的軌道（黃道）在同一個平面上。因為月亮繞地球公轉的方向，和地球自轉的方向相同，所以月亮在天空中每天都會往東偏移。偏移多少，地球就得多轉一點，月亮才會升起。
高中＋實際上，月出延後的時間會因季節而有相當大的差異，平均約為49分鐘。據說在秋天滿月前後，白道相對於地平線的夾角比較淺，所以延後的時間會縮短。滿月隔天的月亮被稱為「既望」，也就是「猶豫不決的月亮」，這個名稱就是源自它升起的時間會稍微延後。
大學天空的亮度與「看得見」的界線
白天天空的光，來自空氣分子造成的光散射（瑞利散射）。月亮是否看得見，取決於月面與背景天空亮度的比值，也就是亮度對比。人眼能分辨的最小亮度差，幾乎與背景亮度成正比，這個關係被稱為韋伯定律（韋伯－費希納定律）。而像星星這種點狀的小光源，要和落在人眼解析範圍內的那一整片天空的光相比，條件就更加嚴苛。
📖 公式推導與更進一步的內容：朔望月（日文維基百科） ／ 韋伯－費希納定律（日文維基百科）
研究中目前還不清楚的事
- 為什麼滿月的亮度會是半月的兩倍以上。 滿月的亮度，遠超過單純以發光面積來推算的結果（衝效應）。究竟是月面砂粒的陰影被遮住所致，還是光的干涉造成，兩者各佔多少比重，目前仍有爭論。
- 白天肉眼能看到的光點的極限。 白天金星究竟能看到什麼程度，會因天空的澄澈程度和觀測者的視力而有很大差異，目前並沒有明確的界線。
- 新月剛過不久的細月，最快能多快被找到。 要預測靠近太陽的細月是否看得見，大氣狀態的影響非常大，目前仍在利用觀測紀錄持續驗證中。
也就是說，這篇文章的內容，也是「目前已知範圍內的說明」。白天的月亮，是任何人只要抬頭就能親自確認的、最貼近生活的天文入門。
與教科書的關聯（依程度區分）
| 程度 | 科目・單元 | 對應本文哪個部分 |
|---|---|---|
| 國中 | 理化三年級「月亮的盈虧」「天體的運行」 | 月齡與月出時刻、圖1 |
| 高中 | 地球科學「月亮的運行」、物理「光的散射」 | 白道・黃道、藍天的光 |
| 高中＋ | 地球科學專欄（月出的季節變化） | 既望、秋天月出延後的現象 |
| 大學 | 天文學・視覺科學 | 亮度對比、韋伯定律 |
| 研究中 | 行星科學・大氣光學 | 衝效應、細月的可見程度 |
| ― | 與生活的關聯 | 尋找白天月亮的觀察活動、不要直視太陽的提醒 |
- 日本國立天文台 曆計算室（各地月出・月沒時刻）（国立天文台 暦計算室）
- 國立天文台 編《理科年表》（『理科年表』）丸善出版（月亮的運行・天體的亮度）
- 朔望月（日文維基百科）
- M. 明納特《戶外的光與色》（『野外の光と色』）（白天天空的亮度與月亮的可見程度）
※本文為大眾科學解說文章。文中數值僅為幫助理解原理的參考估算值。月出・月沒的時刻會因地點與季節而異，正確時刻請以日本國立天文台曆計算室等機構的資料為準。