月相变化：日、地、月的位置与月亮的圆缺
月球本身不发光，总有一半被太阳照亮。月球绕地球公转，日、地、月三者的相对位置不断变化，朝向地球的那半个月球中被照亮的部分时多时少，我们就看到了月亮的圆缺变化——月相。月相变化的周期是 29.53 天（朔望月）：农历初一是新月（朔），初七、初八是上弦月，十五、十六是满月（望），廿二、廿三是下弦月。在北半球，上半月西（右）半边亮，下半月东（左）半边亮。
月相是怎样形成的
理解月相要抓住两个“半球”：
- 被照亮的半球：太阳光是平行光，月球朝向太阳的一半总是亮的，另一半总是暗的。不论月球走到哪里，亮的这一半都朝向太阳。
- 朝向地球的半球：我们在地球上只能看到月球朝向地球的这一半。
两个半球重叠的部分，就是我们看到的亮面。月球在日、地之间时，被照亮的半球完全背对地球，看不见月亮（新月）；日、地、月成直角时，朝向地球的半球中正好一半被照亮（上弦月、下弦月）；地球在日、月之间时，被照亮的半球完全朝向地球（满月）。设从地球上看，月球在太阳以东的角度为 λ（新月 0°、上弦 90°、满月 180°、下弦 270°），月面被照亮部分占圆面的比例约为：
亮面比例 = (1 − cos λ) ÷ 2 λ 每天增大约 360° ÷ 29.53 ≈ 12.2°
月相不是地球的影子造成的：地球的影子挡住月球是月食，只发生在满月时。
月相变化规律
下表按北半球、面向南方观察整理，时刻为地方时，以太阳 6 时升起、18 时落下为例（实际随季节和纬度会有变化）：
| 月相 | 农历日期 | 日、地、月位置 | 亮面 | 月出 | 中天（正南） | 月落 | 夜晚可见时段 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 新月（朔） | 初一 | 月球在日、地之间 | 看不见 | 约 6 时 | 约 12 时 | 约 18 时 | 不可见 |
| 娥眉月 | 初三、初四 | 月球在太阳以东约 40° | 西侧一弯 | 约 9 时 | 约 15 时 | 约 21 时 | 黄昏后的西方低空 |
| 上弦月 | 初七、初八 | 日、地、月成直角 | 西半边（右） | 约 12 时 | 约 18 时 | 约 0 时 | 上半夜，西边天空 |
| 凸月（渐盈） | 初十至十三 | 月球在太阳以东约 135° | 西侧大半 | 约 15 时 | 约 21 时 | 约 3 时 | 前半夜到后半夜 |
| 满月（望） | 十五、十六 | 地球在日、月之间 | 整个圆面 | 约 18 时 | 约 0 时 | 约 6 时 | 通宵可见 |
| 凸月（渐亏） | 十七至二十 | 月球在太阳以西约 135° | 东侧大半 | 约 21 时 | 约 3 时 | 约 9 时 | 入夜后不久升起 |
| 下弦月 | 廿二、廿三 | 日、地、月成直角 | 东半边（左） | 约 0 时 | 约 6 时 | 约 12 时 | 下半夜，东边天空 |
| 残月 | 廿六、廿七 | 月球在太阳以西约 40° | 东侧一弯 | 约 3 时 | 约 9 时 | 约 15 时 | 黎明前的东方低空 |
规律：从新月到满月，亮面由西向东逐渐增大（盈）；从满月到新月，亮面由西向东逐渐减小（亏）。月亮的亮面总是朝向太阳。口诀“上上上西西，下下下东东”：上弦月出现在上半月，上半夜可见，在西边天空，西半边亮；下弦月出现在下半月，下半夜可见，在东边天空，东半边亮。
月亮什么时候升起、在哪里
月亮和太阳一样，因为地球自转而东升西落。但月球同时在绕地球向东公转，每天比太阳多“落后”约 12°，所以月出时刻每天推迟约 50 分钟：新月与太阳同升同落，上弦月正午升起，满月日落时升起，下弦月半夜升起。估算方法：
月出时刻 ≈ 6 时 + (农历日期 − 1) × 50 分钟 月出后约 6 小时到正南，约 12 小时落下
例如农历初八（上弦月）：约 12 时升起，18 时日落时正在南方天空，约 0 时在西方落下——所以傍晚抬头，在南方偏西的天空看到右半边亮的月亮。
用这个模型做实验
- 在「月相成因」里拖动月球绕地球转一圈，对照左下角“地球上看到的月亮”，说出八个位置分别是什么月相。
- 打开“两个半球”：金色圈是被照亮半球的边界，蓝色半球是朝向地球的一半，看二者重叠的部分怎样随月球位置变化。
- 切换“北极上空俯视”，看新月、上弦月、满月、下弦月时日、地、月的位置；点轨道上的标签可以直接跳到该月相。
- 把观察者切换到南半球，比较同一天的月亮在南北半球看起来有什么不同。
- 在「何时何处看月亮」里选农历初八，把时刻从 12 时拖到 24 时，看月亮从东方升起、傍晚在南方、半夜在西方落下；再换成满月和下弦月。
- 按播放，时刻和月龄一起走，看月出时间每天推迟多少；对照俯视图里观察者的地平线，理解为什么满月通宵可见。
- 到「判断月相」里做练习，答完可以点“在模型里看”回到模型对照。
常见问题
月相为什么会变化？
月球本身不发光，我们看到的是它反射的太阳光。任何时候月球都有一半被太阳照亮，另一半是暗的。月球绕地球公转，日、地、月三者的相对位置不断变化，朝向地球的那半个月球中，被照亮的部分时多时少，所以我们看到的月亮形状（月相）就不同。月相不是地球的影子挡住月球造成的，地球的影子挡住月球是月食。
上弦月和下弦月怎么区分？
在北半球，上弦月出现在农历初七、初八，西半边（右边）亮，正午前后升起，黄昏时在南方天空，半夜在西方落下，所以主要在上半夜的西边天空看到；下弦月出现在农历廿二、廿三，东半边（左边）亮，半夜前后升起，清晨时在南方天空，所以主要在下半夜的东边天空看到。口诀：“上上上西西”——上弦月、上半月、上半夜、西边天空、西半边亮；“下下下东东”——下弦月、下半月、下半夜、东边天空、东半边亮。
为什么月亮每天升起的时间要推迟约 50 分钟？
月球在绕地球公转，相对于太阳每天向东移动约 12°（360° ÷ 29.53 天）。地球自转一周回到同一位置时，月球已经向东移开了约 12°，地球还要再转约 12° 才能重新“对准”月球。地球自转 1° 约需 4 分钟，12° 就是约 48 分钟，所以月出、月落的时间每天大约推迟 50 分钟。
月相变化的周期是多少天？
月相从新月到下一次新月平均需要 29.53 天，叫作朔望月。农历的“月”就是按朔望月定的：朔（新月）所在的那天是初一，所以农历大月 30 天、小月 29 天，满月多在十五、十六。月球绕地球公转一周（相对于恒星）只要 27.32 天，叫作恒星月；朔望月更长，是因为这段时间里地球也在绕太阳公转，月球要多转一段才能回到日、地、月的同一相对位置。
为什么不是每个月都有日食和月食？
日食只能发生在新月（朔，农历初一）时，月球挡住太阳；月食只能发生在满月（望，农历十五、十六）时，月球进入地球的影子。但月球的公转轨道面与地球的公转轨道面有约 5° 的夹角，大多数新月时月球从太阳的上方或下方经过，大多数满月时月球也从地影的上方或下方经过，只有新月或满月恰好发生在两个轨道面的交点附近时，才会出现日食或月食。本模型为了看清月相，没有画出这个 5° 的倾角。
为什么我们总是看到月球的同一面？
月球自转一周的时间与它绕地球公转一周的时间相同（约 27.32 天），自转方向也与公转方向相同，这叫同步自转。所以月球总是同一面朝向地球，我们在地球上看不到月球的背面。月相变化时，变的是这一面上被照亮的部分，月面上的“月海”图案始终不变。
南半球看到的月相和北半球一样吗？
同一天里，南北半球看到的月亮被照亮的比例相同，月相名称也相同，但看到的方向是颠倒的。北半球的人一般面向南方看月亮，南半球的人面向北方看月亮，所以北半球看到右半边亮的上弦月，在南半球看来是左半边亮。不过两地看到的亮面都朝向西方，即朝向太阳所在的一侧。
适用课程
浙教版初中科学七年级下册第 4 章《地球和宇宙》“月相”，教科版小学科学三年级下册“月相变化的规律”，以及初中地理、高中地理必修第一册《地球的宇宙环境》中关于地月系、月相与日食月食的拓展内容。常见题型有“根据日地月位置图判断月相”“根据农历日期判断月相或亮面方向”“某日傍晚或清晨在哪个方位看到什么月相”“月出时间的推算”等。