宇宙中的地球-地球、月球和地月系

第三节  地球、月球和地月系

一、地球

我们居住的地球（earth）是太阳系自中心向外的第三颗行星，它到太阳的平均距离约为1.496×108km（日地平均距离被称为1个天文单位）。地球绕太阳公转的角速度平均为59′08″/d，线速度约为  30km/s，公转一周时间平均约为365.256d。地球绕自己的极轴自转的角速度约为15°/h（或  15′/min、  15″/s），赤道处的线速度为465m/s，自转一周的时间为23  h56  min4  s。

地球自转的赤道面与地球公转的黄道面交角为23°26′。由于该赤黄交角的存在，地球在绕太阳公转一周即一年的时间中，太阳光顺黄道面到达地球表面的直射点将会发生周期性变化，并形成了年复一年的时令与节气往复。如果以太阳为中心、赤道面为东西方向水平延伸来观察的话，则黄道面是倾斜的，当地球顺黄道面公转到轨道的最南点时，太阳直射点到达地球上北纬最高的地方，该纬度等于赤黄交角23°26′，称为北回归线，其时令正是北半球的夏至日（南半球的冬至日）；与此相对，地球公转到轨道的最北点时，太阳直射点到达地球上南纬最高的南回归线处，此时为北半球的冬至日（南半球的夏至日）；当地球公转到与上述位置呈90°处，太阳直射点在地球赤道附近，此时为春分与秋分日。这种太阳直射点在地球赤道两侧南北回归线之间的往返运动称为太阳直射点的回归运动，回归运动的周期称为回归年，它正是地球上季节变化的周期。

地球按照向太阳和背太阳的不同分为两个半球。向太阳的半球接受太阳的光照，称昼半球；背太阳的半球被地球本身的阴影所笼罩，称夜半球。由于地球的自转，使得同一地点在一天（24h）之内分别位于昼半球和夜半球各一次，形成昼夜交替。同时，由于地球的公转，太阳直射点在地球的南北回归线之间往返，使得地球的昼半球相应地发生向南或向北偏转，从而造成了地球上不同纬度昼夜长短不同。当太阳直射点位于北半球时，昼半球向北偏转，北半球相同纬度圈上昼半球覆盖的弧长大于夜半球的弧长，因而昼长夜短，并且纬度愈大，白昼愈长，直到在纬度等于90°减太阳直射点纬度的地方，开始出现连续24h的白昼，称为极昼；与此同时，南半球则昼短夜长，并在与北半球相对应的纬度上出现极夜（连续  24  h的黑夜）。当太阳的直射点位于南半球时，则正好与上述情况相反。极昼和极夜出现的最大纬度为66°34′（90°减赤黄交角），称为南、北极圈。

二、月球和地月系

地球具有一个天然卫星——月球（moon），月球直径约为地球的1/4，质量约为地球的1/81。地球和月球在万有引力的作用下组成一个双天体系统——地月系，月球绕地球旋转（公转），其旋转的角速度为  33′/h，线速度约1km/s，旋转一周的时间为  27.32  d。月球也有自转，其自转周期等于绕地球公转的周期，因而月球总是以同一面朝向地球。

严格地说，月球并不是绕地球旋转，而是绕地月系的共同质心（位于地心与月心连线上距地心4671km处）旋转，地球也绕该共同质心与月球作同步对称绕转，但绕转半径与月球相比小80余倍，这种绕转使得月球与地球之间的引力和离心力达到平衡。

月球在绕地月系共同质心旋转的同时，还随地球一起绕太阳公转，所以它在太阳系中的实际运动轨迹是这两种运动叠加的结果，表现为在公转轨道两侧起伏的波浪线。当月球运行到与太阳同处于地球一侧的同一方向上时（称日月相合），月球被太阳照射而反光的一面正好背着地球，地球上观察者看不见月球，这时称为朔月或新月；与此相对，当月球运行到与太阳分处于地球两侧的同一方向上时（称日月相冲），月球受太阳照射的一面正好向着地球，这时称为望月或满月；从朔月到望月，月球受光面向着地球的比例逐渐变大，当到达一半时称为上弦月；而从望月到朔月的一半时称为下弦月。这种月亮圆缺的各种形状叫做月相。

当月球运行到太阳和地球之间，月球遮住了太阳，便是日食；当月球运行到地球的背后，进入地球的阴影，便是月食。由此可见，日食一定发生在农历初一的朔，月食一定发生在农历十五或十六的望。但并非每月的初一都有日食，每月的十五、十六都有月食。这与月球的运行轨道有关。月球绕地球运行的轨道面称为白道面，它与地球绕太阳运行的黄道面不在同一个平面上，两者有5°09′的交角。黄白两轨道面在空中有一交线，如果日月相合、相冲而不在黄白交线上，将不发生日食和月食；如果日月相合、相冲且正好在黄白交线上，则发生日食和月食现象。

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