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月球围绕地球转动的轨道到底是什么样子的呢

时间:2019-08-13 来源:出行的那些事
我们的月亮是以椭圆轨道的形式围绕着地球公转的,因为月亮会受到其它大天体的引力摄动影响,如火星、金星、木星等行星的影响。所以我们的月亮只能是椭圆的轨道,而且在我们太阳系中,由于天体众多,所以一般各天体都是椭圆轨道或趋近于圆形轨道。


月球沿前进方向绕地球公转,大约在27.32天(一个恒星月)内完成相对于固定恒星的一次公转,大约在29.53天(一个朔望月)内完成相对于太阳的一次公转。地球和月球的运动会围绕它们的一个重心(共同的质量中心)运行,其这个质心位置在距离地球中心约4600公里(2900英里)(大约四分之三个地球的半径)之处。我们地球中心到月球中心的平均距离大约是385000公里(239000英里),这个距离相当于大约60个地球半径。

月球的平均轨道速度约为1.022km/s(2290英里/小时),每小时运行的距离大约相当于其直径的距离,或在天球上移动大约半度的距离。月球的轨道不同于其他大多数行星的卫星,因为它的轨道更接近于黄道面,而不是它的主平面(在这种情况下,为地球的赤道面)。月球轨道面相对于黄道面的倾斜约5.1度,而月球的赤道面仅倾斜1.5度。


月球围绕地球转动的轨道到底是什么样子的呢


月球绕行地球的轨道大小和距离的比例。图片中一个画素宽度对应至实际上500公里的距离。图:WJ百科

月球的轨道性质

本节中描述的轨道属性只是一个近似值。 月球围绕地球的轨道有许多不规则性(扰动),其研究(月球理论)有着悠久的历史。

椭圆形轨道

月球的轨道明显是椭圆形的,平均离心率为0.0549。 月球轨道的非圆形形式导致月球的角速度和表观尺寸随着它朝向和远离地球上的观察者而变化。 相对于地球 - 月球重心的假想观察者的平均角运动是每天向东运行13.176度(儒略日2000)。

距(角)

月球的距角定义为是它在任何时候都在太阳以东的角距离。 在新月时候,它距离太阳的距角为0度,此时月亮与太阳和地球几乎成一条直线上。 在满月时,其距角为180度,此时月亮也与太阳和地球几乎成一条直线上,只是地球位于月亮与太阳之间。 在这两种情况下,月亮都处于朔望状态,即太阳,月亮和地球几乎成一条直线上。 当距角为90度或270度时,此时月亮为方照状态(月亮约只有一半被太阳光照亮)。

进动

月球的轨道方向不是一直固定在空间中的,而是随时间公转的。这种轨道进动也称为近点进动,是由于月球轨道在轨道平面内的公转,即椭圆的轴线改变了方向。月球的半长轴——轨道的最长直径,分别与它的最近点和最远点,即近地点和远地点相连——每8.85个地球年或3232.6054天进行一次完整的公转,因为它缓慢地沿与月球本身相同的方向(顺行)公转。月球的拱点进动不同于它的轨道平面的交点进动和月球本身的轴向进动(岁差)。


月球围绕地球转动的轨道到底是什么样子的呢


图:Mosesofmason

月球围绕地球转动的轨道到底是什么样子的呢


图:Mosesofmason

倾角

月球轨道平面与黄道面的平均倾角为5.145度。 理论上的考虑表明,目前相对于黄道面的倾斜是由早期近地轨道的潮汐演化而引起的,相对于地球赤道,它具有相当恒定的倾角。它要求这个较早的轨道必须要向赤道倾斜约10度左右,才能产生目前向黄道倾斜5度的解释。 据认为,原本向赤道的倾斜度接近于零,但由于小行星在月球附近坠落到地球时可能会增大到10度。如果没有发生这种情况,现在月亮将更接近于黄道,那么日食将会发生的更加频繁。

月球的自转轴不垂直于其轨道平面,因此月球的赤道不在其轨道平面内,而是向它倾斜了一个恒定值约为6.688度(这是一种转轴倾角)。 正如雅克·卡西尼(Jacques Cassini)在1722年发现的那样,月球的自转轴以与其轨道平面相同的速率前进,但是与轨道平面相差180度(参见卡西尼定律)。因此,黄道和月球赤道之间的角度总是1.543度,即使月亮的自转轴不是相对于恒星固定的。

轨道上下交点

交点是月球轨道穿过黄道的一种交处之点。 月球每27.2122天穿过同一个轨道交点,这个间隔称为交点月。 交点线,即两个相应平面之间的交点,具有逆行运动:对于地球上的观察者来说,它沿着黄道向西公转,周期为18.60年或19.3549度/年。 从天球以北观察时,其交点绕地球顺时针移动,与地球自身旋转相反,并围绕太阳公转。 当交点与太阳近一直线时,可能会发生月食或者是日食,周期大约每173.3天。 月球轨道倾角也决定了日食的发生概率; 当太阳,地球和月球在三维空间中处于几乎一条直线时,当轨道交点与满月和新月重合时,阴影就会处于交叉状态。

赤道倾斜与月球停变期

每隔18.6年,月球轨道与地球赤道之间的夹角将达到最大值28°36′,这是地球赤道倾角(23°27′)和月球轨道向黄道的倾角(5°09′)度数之和。这就是所谓的月球大停变期。大约在这个时候,月球的赤纬将从28°36’变化到+ 28°36’。相反,9.3年后,月球轨道与地球赤道之间的角达到18°20’的最小值。这叫做月球小停变期。这些交点每年向西移动约19度。太阳每年提前20天左右穿过一个给定的交点。


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近点月和远点月的大小比较。图:The original uploader was

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