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地球视角:月球只能望见一壁但为什么是59%?

本期看点:

月球只能看到一面,但实际能看到不止50%而是59%,且看月球“天平动”如何跳起摇摆舞?

PS:

上一期眼镜哥分享了“月球绕地球公转,遵从卫星绕行星公转被潮汐锁定的规律,使得它总以同一面对着地球”;但分析过程中有意忽略和舍弃了一些不影响主体结论的因素,造成了我们实际上能多看到9%的月面,而不仅仅是月球的正面(50%),所以实际上我们看到59%的月面。本期我们就来说说这个误差因素“天平动”是如何产生影响的。

1、什么是月球天平动?

天平动又称为天秤动。是指天文学中,从卫星环绕的天体上观察所见到的,真实或视觉上非常缓慢的周期性振荡。尽管天平动亦适用于其他卫星、行星,甚至太阳,但天文学家们长久以来都只用在月球相对于地球的视运动,并且选择一个点来平衡与对比晃动的尺度。视运动说白了就是我们视角不同而感觉到月球在晃动,其实是由于地月位置的上下左右的变化产生的。

2、天平动如何影响的?

月球天平动分两种形式:几何天平动和物理天平动。几何天平动又包括纬度天平动、经度天平动、周日天平动三种。

Ø 几何天平动

① 经度天平动

经度天平动是月球绕着地球公转的轨道有少许的离心率造成的结果。

当月球由近地点向远地点移动时轨道速度逐渐减慢,由远地点向近地点移动时速度逐渐加快,但月球的自转速度始终不变,所以月球在轨道上的位置有时超前、有时落后于自转的角度。在月球赤道上每一度相当30公里,所以经度天平动可以使我们在东西侧多观察到约235公里的月面。这虽然不是很大的地区,但是我们看见的正对地球的点将因而改变。

经度天平动区间约为:±7º45'

② 纬度天平动

纬度天平动是月球自转轴的法线对月球绕地球的轨道平面有少许的倾斜造成的,其起源类似于地球公转太阳时造成季节变化的现象。月球的自转轴相对于白道的倾斜角为1.54º,黄道与白道的交角为5.14º,因此纬度天平动的最大值为±6.7º ,相当于在南北极方向约200公里的距离。

纬度天平动区间约为:±6º41'

③ 周日天平动

周日天平动影响较小,是地球自转所造成,它使地面上的观测者从地月中心连线的西侧转至东侧,因而先多看见一些月球的东侧,然后多看见一些月球的西侧。地月的平均距离38万公里,地球半径6,378公里,地球的自转将使观测者最多能在赤道的东西侧多看见约30公里的区域。

周日天平动就好比你歪着头看一个人,两侧脸将看得更多更清楚

不过周日天平动区间约为:±1º

Ø 物理天平动

物理天平动不同于前面三种几何天平动,这是月球真正的摆动。由于月球的三条主惯性轴长度不等(非规则性球体),加上椭圆轨道造成的距离改变,在地球引力作用下,发生对平均位置的偏移(月球质量中心偏离轨道),需要调整姿态回归平衡,好比骑自行车调整重心。但是物理天平动比几何天平动小得多,他的摆动从未曾大于0.04º,所以一般都忽略不予考虑。此外,月震(月球上的地震)、陨石撞击也会影响到月球上正对地球的点。

举个例子:将月球放在手机里,或者直接想象成一个手机,给月球接通电话信号,于是开始了不停的振动。

PS:

多种天平动运动同时进行,不是单一作用,轮流作用,不是简单的相加,而是交叉重合包含等多种可能,同时叠加作用。也是一个连续变化过程,经过各位天文科学家长期观察计算,最终得出了59%的结论。

如果难以理解,就想象一下你的男神或者女神对你左右摇头或上下点头,这样你不仅能能看到他的完整脸庞,还能看到左右耳后、头顶的旋涡,性格的下颚。

下图为月球一个周期(公转/自转)的月相和天平动作用效果(来自网络)。

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