月球中心天體不是太陽(yáng),與月球繞著太陽(yáng)轉(zhuǎn)并不矛盾。
通過萬(wàn)有引力公式:
我們很容易求得,太陽(yáng)對(duì)月球的引力,是地球?qū)υ虑虻囊Φ?strong>2.2倍。
M為太陽(yáng)質(zhì)量:1.989×10^30kg。 m為地球質(zhì)量:5.965×10^24kg r為月地距離(均值):384403.9km R為日月距離(均值):149597870km
既然,太陽(yáng)對(duì)月亮的引力,是地球?qū)υ铝恋囊Φ?.2倍。
為什么月球的中心天體是地球,而不是太陽(yáng)?
首先,在整個(gè)地月系統(tǒng)中,太陽(yáng)對(duì)月球軌道的影響十分有限。
月初時(shí),月球運(yùn)動(dòng)到靠近太陽(yáng)的一面,日月距離約為:
R朔=149597870?384403.9=149213466.1 km
月中時(shí),月球運(yùn)動(dòng)到遠(yuǎn)離太陽(yáng)的一面,日月距離約為:
R望=149597870+384403.9=149982273.9 km
月球朔望日的引力差,與地日引力比值為:
也就是說,相對(duì)于日地距離,月球圍繞地球的軌道變化十分微小。
當(dāng)月球圍繞地球進(jìn)行圓周運(yùn)動(dòng)時(shí),因?yàn)樘?yáng)引力而產(chǎn)生的引力差,僅僅只有月球受到地球引力的2.3%左右。
因此,太陽(yáng)引力對(duì)月球軌道的引力波動(dòng),只會(huì)有很小的影響。
在地月系中,月球軌道依舊由地球引力所主導(dǎo),甚至被地球潮汐鎖定。
行星/衛(wèi)星與中心天體的軌道關(guān)系,符合開普勒三大定律。
開普勒三大定律可以簡(jiǎn)略地用于地月系統(tǒng)。
當(dāng)然,如果不考慮太陽(yáng)引力,是無(wú)法求出月球精準(zhǔn)軌道的。
其次,如果把日月看做一個(gè)獨(dú)立系統(tǒng),地球?qū)θ赵孪到y(tǒng)的影響十分巨大。
日地引力達(dá)到日月引力的45%,如果要排除地球,僅僅考慮日月關(guān)系來求取月亮相對(duì)于太陽(yáng)的軌道,將完全無(wú)法適用于開普勒三大定律。
實(shí)際由于月球被地球潮汐鎖定,月球繞太陽(yáng)的橢圓軌道,大尺度上反而十分的接近日地軌道。
因此,按照中心天體的典型定義,地球?yàn)樵虑虻闹行奶祗w,而不是太陽(yáng)。
不過太陽(yáng)卻是地球的中心天體。
本質(zhì)上,日地月可以看做以太陽(yáng)為主導(dǎo)的三星系統(tǒng)。
地月系統(tǒng)作為整體圍繞著太陽(yáng)旋轉(zhuǎn),月球自然也圍繞太陽(yáng)進(jìn)行非典型的旋轉(zhuǎn)。
由于地月系統(tǒng)繞著太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)的速度是29.78km/s,而月球繞著地球運(yùn)動(dòng)的速度是1.023km/s。前者速度大于后者,所以,日地月系統(tǒng)的軌道,接近于這樣的狀態(tài):
當(dāng)然,這個(gè)動(dòng)圖的軌道比例,依舊過大。
實(shí)際日地月系統(tǒng)的軌道變化,遠(yuǎn)遠(yuǎn)微小得多。
如果我們把地球的半徑6378.137km縮小為1cm,那么月球半徑1737.10km相當(dāng)于0.27cm,太陽(yáng)半徑的6.955×10^5 km則相當(dāng)于1.09m。
而月地距離為0.6m,日地距離相當(dāng)于234.55m。
也就是說一個(gè),日地月相當(dāng)于這樣的比例:
四個(gè)標(biāo)準(zhǔn)足球場(chǎng)拼在一起,長(zhǎng)度200多米,太陽(yáng)在中間像一個(gè)半徑1米的大火球。地月距離小于太陽(yáng)半徑,僅僅只有0.6m,因此整個(gè)地月系統(tǒng),都僅僅相當(dāng)于那一條紅線。
也就是說,月球繞著太陽(yáng)的“花邊”運(yùn)動(dòng),朔望日之間的距離差,小至紅線范圍內(nèi)。
相對(duì)于太陽(yáng),朔日月球速度為28.757km/s,望日速度為30.803km/s。朔望日之間的速度變化,也并不大。
真實(shí)效果會(huì)是這樣的:
因此,在足夠大尺度觀察月球,日月軌道和日地軌道幾乎可以等同處理。
當(dāng)然,即便等同處理,也是以地日軌道為準(zhǔn)。
其實(shí),如果我們把整個(gè)視角放大到整個(gè)銀河系。
整個(gè)太陽(yáng)系繞銀河系運(yùn)動(dòng)的速度高達(dá)250km/s,相當(dāng)于水星繞太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)速度47.87km/s的5倍還多。
由于地球公轉(zhuǎn)的黃道面與銀道面有著60°左右的夾角:
因此太陽(yáng)系的行星,如果單獨(dú)拿出來繪制出它們與銀河系的軌道,將會(huì)是一個(gè)由更多細(xì)小螺旋“花邊”組成的漫長(zhǎng)軌道(太陽(yáng)2.5億年繞銀河系一周,地球軌道附近以內(nèi)的星體都能繞出數(shù)億的螺旋“花邊”)。
雖然所有星系都圍繞著銀心運(yùn)動(dòng),包括這些星系內(nèi)的行星以及衛(wèi)星,但我們通常不說地球的中心天體是銀心。
這本質(zhì)上相當(dāng)于:
B是A的中心天體,C是B的中心天體,雖然C不是A的中心天體,但C是隨著B圍繞A運(yùn)動(dòng)的。
總之,地球是月球的中心天體,與月球同時(shí)圍繞著太陽(yáng)轉(zhuǎn)并不矛盾。
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