ปรากฏการณ์ข้างขึ้นข้างแรมของดวงจันทร์ คือ ลักษณะเว้าแหว่งของดวงจันทร์ที่เกิดขึ้นและเปลี่ยนแปลงไปตลอดทั้งเดือน

ซึ่งนักปราชญ์ชาวกรีกชื่อ ฮิบปราคัส เป็นคนแรกที่สามารถอธิบายถึงเหตุผลของการเกิดปรากฏการณ์เช่นนี้ได้ ลักษณะของการเปลี่ยนแปลงรูปร่างของดวงจันทร์นั้น เกิดขึ้นจากแสงของดวงอาทิตย์ที่กระทบผิวของดวงจันทร์แล้วสะท้อนกลับมายังผู้สังเกตที่อยู่บนโลก ซึ่งลักษณะการเว้าแหว่งของดวงจันทร์นั้น เป็นมุมมองที่เกิดขึ้นกับผู้สังเกตบนโลกนั่นเอง

คาบการโคจรของดวงจันทร์รอบโลกหนึ่งรอบนั้น มีอยู่สองแบบคือ

1. synodic period (ไซโนดิค พีเรียด) หรือคาบการโคจรครบ 1 รอบเมื่อเทียบกับดาวฤกษ์บนท้องฟ้า ซึ่งมีค่าเท่ากับ 27.5 วัน เป็นคาบเวลาจริง ดังนั้นใน 1 รอบทรงกลมท้องฟ้า ดวงจันทร์จะเปลี่ยนตำแหน่งไป 27 ตำแหน่งหรือเคลื่อนไปทางทิศตะวันออกราววันละ 13.33 องศา (360 / 27.5) 2. sidereal period (ไซดิเรียล พีเรียด) หรือคาบการโคจรครบ 1 รอบเมื่อเทียบกับดวงอาทิตย์ ระหว่างที่ดวงจันทร์โคจรไปรอบโลกนั้น โลกเองก็โคจรไปรอบดวงอาทิตย์ด้วยเช่นกัน เมื่อดวงจันทร์โคจรครบรอบ synodic period (27.5วัน) แล้ว โลกก็มีการเปลี่ยนตำแหน่งไปด้วย ทำให้ดวงอาทิตย์เคลื่อนที่ไปจากตำแหน่งเดิมเช่นกัน คือเคลื่อนไปทิศตะวันออกอีกราว 27 องศา ( ดวงอาทิตย์เปลี่ยนตำแหน่งไปจากเดิมวันละ 1 องศาโดยประมาณ) ทำให้ดวงจันทร์ต้องใช้เวลาเคลื่อนที่อีกนิดเพื่อให้ทันดวงอาทิตย์ ดังนั้น sidereal period จะมากกว่า synodic period อยู่ 2 วัน รวมเป็น 29.5 วัน

วงนอกคือตำแหน่งต่างๆของดวงจันทร์เมื่อโคจรรอบโลก 1 รอบโดยใช้ดวงอาทิตย์เป็นจุดอ้างอิง Sidereal Period

วงในเป็นภาพปรากฏของเสี้ยวดวงจันทร์ ที่เห็นจากผู้สังเกตบนโลก

ดังนั้นคาบการเกิดเสี้ยวบนดวงจันทร์จะอ้างอิงกับตำแหน่งของดวงอาทิตย์เป็นหลัก คือจากตำแหน่งดวงจันทร์มืด (คืนเดือนมืด) ครั้งแรกจนถึงดวงจันทร์มืดอีกครั้งจะกินเวลา 29.5 วัน ตามค่า Sidereal Period นั่นเอง

New Moon หรือ เดือนมืด เป็นตำแหน่งที่ดวงจันทร์อยู่ระหว่างโลกกับดวงอาทิตย์ หรือดวงจันทร์อยู่หน้าดวงอาทิตย์นั่นเอง ในวันนี้ผู้สังเกตที่อยู่ด้านมืดหรือด้านกลางคืน และด้านกลางวันบนโลกจะมองไม่เห็นดวงจันทร์ เราจึงเรียกว่าคืนเดือนมืด หรือ จันทร์ดับ

Full Moon หรือ วันเพ็ญ ตรงกับขึ้น 15 ค่ำ เป็นตำแหน่งที่ดวงจันทร์อยู่ตรงข้ามกับดวงอาทิตย์ หรือเป็นตำแหน่งตรงข้ามกับ New Moon ซึ่งแสงจากดวงอาทิตย์จะตั้งฉากกับดวงจันทร์พอดี ผู้สังเกตที่อยู่ด้านกลางวัน จะไม่เห็นดวงจันทร์บนท้องฟ้าเลย ในขณะผู้ที่อยู่ด้านมืดจะเห็นดวงจันทร์นานที่สุดคือเริ่มจับขอบฟ้าตั้งแต่เวลาประมาณ 6 โมงเย็น และตกตอน 6 โมงเช้าของอีกวันหนึ่ง โดยที่เวลาเที่ยงคืนดวงจันทร์จะอยู่กลางศีรษะพอดี

ข้างขึ้น (Waxing) เป็นช่วงที่เกิดขึ้นระหว่างคืนเดือนมืดจนถึงคืนวันเพ็ญ โดยใช้ด้านสว่างของดวงจันทร์เป็นตัวกำหนด แบ่งออกเป็น 15 ส่วน เริ่มจาก ขึ้น 1...2...3... ค่ำ จนถึง ขึ้น 15 ค่ำ เราแบ่งข้างขึ้นออกเป็น 3 ช่วงคือ

1 ) ช่วงข้างขึ้นอ่อนๆ ตั้งแต่ ขึ้น 1..2..3 ค่ำ จนถึง ขึ้น 7 ค่ำ

ภาษาอังกฤษจะใช้คำว่า Waxing Crescent ดวงจันทร์จะปรากฏเป็นเสี้ยวสว่างบางๆ จนถึงเกือบครึ่งดวง โดยหันด้านสว่างไปทางด้านใกล้ดวงอาทิตย์ด้านทิศตะวันตก คือเราจะเห็นอยู่บนท้องฟ้าด้านทิศตะวันตกตอนหัวค่ำนั่นเอง

2) จันทร์ครึ่งดวงครั้งแรก ภาษาอังกฤษใช้คำว่า First Quater

หรือตรงกับ ขึ้น 8 ค่ำ ดวงจันทร์ทำมุม 90 องศาระหว่างโลกกับดวงอาทิตย์ จะเริ่มเห็นจับขอบฟ้าตั้งแต่เวลาเที่ยงวันโดยประมาณ และเริ่มมองเห็นได้ในตอนกลางวันเพราะมีขนาดเสี้ยวค่อนข้างใหญ่ แล้วจะตกลับฟ้าในตอนเที่ยงคืนโดยประมาณ

3) ช่วงข้างขึ้นแก่ๆ ตั้งแต่ ขึ้น 9 ค่ำจนถึงขึ้น 14 ค่ำ จะเรียกว่า Waxing Gibbous

ดวงจันทร์จะปรากฏด้านสว่างค่อนข้างใหญ่ มองเห็นได้ในตอนกลางวันทางขอบฟ้าด้านทิศตะวันออกตั้งแต่หลังเที่ยงวันไปแล้ว

และต่อจากนี้ดวงจันทร์ก็จะไปอยู่ด้านหน้าดวงอาทิตย์อีกครั้ง คือเริ่มต้น New Moon อีกครั้งแบบนี้ไปเรื่อยๆเริ่มวัฏจักรของข้างขึ้นข้างแรมใหม่

ซึ่งจะกินเวลา 1 รอบ 29.5 วัน เราเรียก 1 รอบดวงจันทร์ หรือ 1 เดือน (เมื่อเดือนนั้นเราหมายถึงดวงจันทร์ ในขณะที่ภาษาอังกฤษเองก็ใช้คำว่า Month มาจากคำว่า Moon นั่นเอง) จะเห็นว่าถ้าเราเข้าใจลักษณะเสี้ยวของดวงจันทร์รวมถึงทิศและเวลาในการปรากฏของดวงจันทร์บนท้องฟ้าแล้ว เราก็จะทราบได้ทันทีว่าคืนนั้นตรงกับข้างขึ้นหรือข้างแรมกี่ค่ำ ตัวอย่างเช่น เราเห็นดวงจันทร์เป็นเสี้ยวสว่างราว 3 ใน 15 ส่วนของดวงจันทร์ และอยู่บนขอบฟ้าด้านทิศตะวันตก เราก็ทราบได้ทันทีว่าเป็นขึ้น 3 ค่ำ ในทางตรงกันข้ามหากเราเห็นเสี้ยวสว่าง 3 ใน 15 ส่วนของดวงจันทร์เช่นกัน แต่อยู่บนขอบฟ้าด้านทิศตะวันออก เราก็ทราบได้ทันทีว่าเป็นช่วงข้างแรม 12 ค่ำ (พิจารณาด้านมืดจะมี 12 ส่วน มาจาก 15 ลบ 3)

ในรัชสมัยของพระบาทสมเด็จพระจอมเกล้าเจ้าอยู่หัว รัชกาลที่ 4

พระบิดาแห่งวิทยาศาสตร์ไทย พระองค์ทรงแต่งตั้งตำแหน่งงานทางวิทยาศาสตร์ขึ้นเป็นครั้งแรกในประเทศไทย ในการบอกเวลาทั้งกลางวันและกลางคืน โดยมีตำแหน่ง พันทิวาทิตย์ ทำหน้าที่เทียบเวลาตอนกลางวันโดยสังเกตดวงอาทิตย์ และตำแหน่ง พันพินิจจันทรา เทียบเวลาตอนกลางคืนโดยสังเกตดวงจันทร์

เกร็ดความรู้

วันเพ็ญขึ้น 15 ค่ำ ดวงจันทร์อยู่ด้านตรงข้ามกับดวงอาทิตย์ ดังนั้นเราจึงเห็นดวงจันทร์จะขึ้นทางทิศตะวันออก ขณะที่ดวงอาทิตย์ตกทางทิศตะวันตก

ดวงจันทร์ขึ้นช้า วันละ 50 นาที ข้างขึ้น: เราจะเห็นดวงจันทร์ในช่วงหัวค่ำ ข้างแรม: เราจะเห็นดวงจันทร์ในช่วงรุ่งเช้า

ในช่วงเวลาที่ดวงจันทร์ปรากฏเป็นเสี้ยวบาง แต่เราก็สามารถมองเห็นด้านมืดของดวงจันทร์ได้ เป็นเพราะแสงอาทิตย์ส่องกระทบพื้นผิวโลก แล้วสะท้อนไปยังดวงจันทร์ เราเรียกปรากฏการณ์นี้ว่า “เอิร์ธไชน์” (Earth Shine)