一、月亮变红的常见情形及原因
月亮变红主要出现在以下两种常见情形：一是月亮刚升起或快落下时；二是发生月全食的时候。
当月亮刚升起或快落下时，月亮看起来会有些偏橙色甚至偏红色。这是因为月光其实是月球反射的太阳光，而太阳光在到达我们眼睛之前要先经过大气层。大气层中的颗粒对光有散射作用，且波长较短的蓝色光和紫色光比较容易被大气散射。在月亮处于地平线附近时，月光需要穿过较厚的大气层，这就使得更多的蓝紫光被散射掉，而波长较长的红光等就相对更容易到达我们的眼睛，所以月亮看起来就偏红色了，不过这种红色不是特别明显。
在月全食期间，地球位于太阳和月球之间，太阳光被地球挡住不能直接照射到月球表面。但是，由于地球大气层的存在，波长较长的红光被地球大气层折射而照射到月球表面，然后再反射到我们眼中，从而我们就看到了红色的月亮，这种红色月亮又被称为“血月”，是一种比较难得的奇观。
二、月亮颜色变化的科学解释
（一）光的组成与颜色
首先要了解光是由不同波长的电磁波组成的，其中我们人类能看到的可见光部分由波长从长到短的“红橙黄绿青蓝紫”七种光组成，这七种光混合起来就是我们看到的白光。太阳是通过自身内部的核聚变反应源源不断地向外以电磁波的形式释放能量，即太阳辐射，其中就包含了紫外光、可见光和红外光等。
（二）大气对光的散射作用
瑞利散射
当光穿过大气层时，大气中的分子、原子等微小颗粒（其尺寸远小于光的波长）会对光产生散射现象，这种散射遵循瑞利散射定律。根据这个定律，散射光强与入射光波长的四次方成反比。这就意味着波长越短的光，如蓝光和紫光，在大气中更容易被散射。这也是为什么我们看到天空是蓝色的，因为太阳光中的蓝紫光被大气散射到各个方向，而我们从地面往上看天空时就看到了散射后的蓝色光。
在月亮颜色变化方面，当月光穿过大气层时，同样存在这种散射现象。例如在月亮刚升起或快落下时，月光穿过较长路径的大气层，蓝紫光被散射得多，剩下的光混合起来就使月亮看起来偏红。
大气状况的影响
大气中的水汽、尘埃等杂质也会对月光产生影响。当大气中水汽较多或者有尘埃等微小颗粒时，它们会吸收或散射掉部分波长的光。例如，当月光穿过大气层的时候，水汽、尘埃等杂质会吸收掉波长较短的青、蓝、紫光，剩下的几种颜色光混合起来，就可能形成黄色月亮。当大气层中水汽越浓，月亮就会越偏重橙红色。当有火山爆发、地震、森林火灾等灾难时，空气中会形成大量的烟雾颗粒，这些细微颗粒能将红、橙、黄等较长波段的光统统吸收过滤掉，只让蓝紫光通过，就可能会形成蓝色月亮，但这种情况非常罕见。
（三）月球反射光的特性
月球本身并不发光，它是通过反射太阳光来发亮的。月球表面的物质成分、地形地貌等因素会影响其对太阳光的反射。例如，科学家通过对月球玻璃珠的研究来探索月球颜色变化的奥秘，发现月球玻璃珠能够储存多种不同尺寸大小、分布规律和显微特征的纳米金属铁颗粒等，这些微观结构和物质组成可能影响着月球对不同波长光的反射率，进而影响我们看到的月亮的颜色。不过总体来说，在没有大气等因素干扰的理想情况下，月球反射的太阳光看起来是白色的，但由于地球大气层等因素的介入，我们看到的月亮颜色就会发生各种变化。
三、天文现象中月亮变红的机制
（一）月全食时月亮变红的机制
地球的遮挡与折射
在月全食发生时，地球位于太阳和月球之间，完全遮挡了太阳光直射月球的路径。然而，地球的大气层就像一个巨大的光学透镜。太阳光在进入地球大气层时，会发生折射现象。由于大气层的折射作用，一部分太阳光能够绕过地球，到达月球表面。
这里涉及到不同波长的光在折射过程中的表现不同。波长较长的红光，相比其他波长较短的光，在折射过程中受到的衰减较小，更容易被折射到月球表面。这是因为大气对光的折射能力与光的波长有关，红光的波长较长，更有利于在地球大气层这种介质中传播和折射。
月球的反射与我们的观测
当折射后的红光到达月球表面后，月球表面会反射这部分红光。由于此时到达月球表面的主要是红光，所以反射回来的光也主要是红光。然后，这部分反射回来的红光再穿过地球的大气层（在这个过程中也会有一定的散射和衰减，但红光相对其他光的优势仍然存在），最后进入我们的眼睛，我们就看到了红色的月亮。
月全食时月亮的明暗程度还主要由气象条件决定。如果云层稀薄，折射进地影的光线比较多些，全食中的月亮就会红亮些；反之，就会暗淡些。
（二）月亮在地平线附近变红的机制
大气路径长度的影响
当月亮在地平线附近时，月光需要穿过更长路径的大气层才能到达我们的眼睛。相比月亮在天顶时，这种较长的路径大大增加了大气对月光的散射和吸收作用。
如前面提到的瑞利散射，蓝紫光更容易被大气中的分子散射掉，而红光等长波长的光相对更容易沿着较长的大气路径传播到我们的眼睛，所以月亮看起来偏红色。
大气密度和成分的作用
靠近地平线的大气层相对更稠密，其中包含更多的水汽、尘埃等杂质。这些杂质会进一步增强对月光的散射和吸收。例如，水汽和尘埃会吸收掉一部分波长的光，而对红光的影响相对较小，从而使我们看到的月亮更偏红色。
四、关于月亮变红的研究成果
（一）月球物质成分与颜色的研究
月球矿物测绘与光谱仪的应用
月球矿物测绘中使用的光谱仪为研究月球的组成发挥了重要作用。光谱仪的工作原理是基于月球上的不同成分可以发射出不同波长的光显示在电子光谱上，从而可以准确地记录这些波，提供月球化学成分的详细信息。例如，在2009年，通过这种质谱仪探测出月球上有水。2020年，科学家们重新检测了光谱仪上一些过去的数据（这些数据最初是12年前作为调查的一部分收集，当时仪器还安装在印度航天器一号上），发现了月球极处出现生锈现象，即发现了赤铁矿（一种铁与水和氧相遇产生的氧化铁）。这一发现对于理解月球的环境演变以及月球颜色变化可能存在一定的联系。因为月球上物质成分的变化可能会影响其对太阳光的反射和吸收特性，进而影响我们看到的月亮颜色，尤其是在红色光的反射方面可能存在关联。
月壤研究与颜色奥秘
嫦娥五号带回的月壤样本给科学家们提供了研究月球颜色变化奥秘的重要材料。中国科学家们通过对月壤中的月球玻璃珠的精细研究，发现一颗月球玻璃珠能够同时储存多种不同尺寸大小、分布规律和显微特征的纳米金属铁颗粒等微观结构。这些研究成果有助于揭示月球颜色变化的奥秘，也为理解月亮变红现象提供了新的视角。例如，这些微观结构可能影响月球表面对不同波长光的反射率，如果某种结构对红光的反射率产生特殊影响，就可能与月亮变红现象有关。
（二）地球大气对月亮变红影响的研究
大气光学特性的研究
科学家们深入研究了地球大气的光学特性，包括大气对不同波长光的散射、折射和吸收等特性。对于月亮变红现象，明确了大气中波长较短的蓝紫光更容易被散射，而红光在特定条件下（如在月全食时通过地球大气层的折射，或月亮在地平线附近穿过较长大气路径时）更有利于传播并到达我们的眼睛。例如，通过对大气散射理论（如瑞利散射）的研究，能够精确计算不同波长的光在大气中的散射强度与传播路径，从而更好地解释月亮变红现象。
大气成分与月亮颜色关系的研究
大气中的水汽、尘埃、烟雾颗粒等成分对月亮颜色有着重要影响。研究发现，当大气中水汽含量变化时，月亮的颜色会在黄色、橙色、红色之间变化。在有火山爆发、地震等自然灾害产生大量烟雾颗粒时，大气成分的急剧变化会导致月亮颜色的特殊变化，如可能出现蓝色月亮等罕见现象。这些研究成果进一步加深了我们对月亮颜色变化（包括变红现象）与大气成分关系的理解。
五、月亮变红与大气的关系
（一）大气散射对月亮变红的影响
散射原理与月亮颜色
大气散射是月亮变红的重要因素。如前面提到的瑞利散射，根据瑞利散射定律，散射光强与入射光波长的四次方成反比。当月光穿过大气层时，波长较短的蓝紫光受到强烈的散射。例如，在月亮刚升起或快落下时，月光穿过较厚的大气层，大量蓝紫光被散射掉，使得红光等长波长的光相对比例增加，从而使月亮看起来偏红。
在正常的大气环境下，即使没有月全食等特殊天文现象，大气散射也会使月亮在某些时候呈现出偏红的色调，只是这种红色相对较淡。
不同大气状况下的散射差异
在不同的大气状况下，散射对月亮颜色的影响也不同。当大气比较洁净、干燥时，散射作用相对较弱，月亮的颜色更接近其原本的白色（由月球反射的太阳光混合而成）。但当大气中有较多水汽、尘埃或者烟雾颗粒时，散射作用就会增强。比如在雾霾天气，大气中的微小颗粒增多，月光穿过时蓝紫光被散射得更多，月亮看起来就更红。同样，在有火山爆发或森林火灾产生大量烟雾颗粒的情况下，月亮的颜色也会因为散射增强而发生变化，可能会变得更红或者呈现出其他异常颜色。
（二）大气折射与月亮变红
月全食中的大气折射
在月全食期间，大气折射是月亮变红的关键机制。地球大气层将太阳光中的红光折射到月球表面。由于地球大气层的密度是不均匀的，越靠近地面密度越大，这种密度梯度使得光线在进入大气层时发生弯曲（折射）。红光的波长较长，在这种折射过程中相对其他波长较短的光更不容易被衰减，所以能够被折射到月球表面。然后月球反射这部分红光，我们就看到了红色的月亮。
如果没有地球大气层的折射作用，在月全食时我们将看不到月亮（因为太阳光被地球完全遮挡，没有光到达月球表面），或者看到一个非常暗淡的几乎不可见的月亮。
大气折射与月亮在地平线附近变红
当月亮在地平线附近时，除了散射作用外，大气折射也对月亮变红有一定影响。此时月光以较大的角度穿过大气层，大气折射使光线传播路径发生弯曲，在这个过程中同样是红光相对更有利于传播，从而使月亮看起来偏红。这种折射和散射的共同作用使得月亮在地平线附近呈现出独特的红色色调。