天平動

月球天平動
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天平動又稱為天秤動。是指天文學中,從衛星環繞的天體上觀察所見到的,真實或視覺上非常緩慢的周期性振盪。儘管天平動亦適用於其他衛星、行星,甚至太陽,但天文學家們長久以來都只用在月球相對於地球的視運動,並且選擇一個點來平衡與對比晃動的尺度。

主要由於月球軌道的偏心率,還有月球自轉軸和繞地球轉動的軌道面的法線有6~7度的交角而形成。

  • 中文名稱
    天平動
  • 外文名稱
    libration
  • 別稱
    天坪動
  • 學科
    天文學

簡介

月球天平動圖月球天平動圖

天文學中,天平動又稱天秤動(libration,源自拉丁文,動詞為libro-are,意思為“搖擺中的平衡”)是從衛星環繞的天體上觀察所見到的,真實或視覺上非常緩慢的振蕩。長久以來都隻用在月球相對于地球的視運動,並且選擇一個點來平衡與對比晃動的尺度。

雖然月球自轉已經是同步鎖定于繞著地球的公轉,但這些輕微的擺動讓地面的觀測者在不同的時間能看見些許不同的月球表面。這意味著能觀測到59%的月球表面而不單隻是月球正面。

形成

主要由于月球軌道的偏心率,還有月球自轉軸和繞地球轉動的軌道面的法線有6-7度的交角而形成。

種類

月球天平動共有四種形式區分:緯度天平動、經度天平動、周日天平動和物理天平動。有些天文年歷能查看到每月之月球天平動資料。

經度天平動

緯度天平動緯度天平動

經度天平動是月球繞著地球公轉的軌道有少許的離心率造成的結果。當月球由近地點向遠地點移動時軌道速度逐漸減慢,由遠地點向近地點移動時速度逐漸加快,但月球的自轉速度始終不變,所以月球在軌道上的位置有時超前、有時落後自轉的速度。在月球赤道上每一度相當30公裏,所以經度天平動可以使我們在東西側多觀察到約235公裏的月面。這雖然不是很大的地區,但是我們看見的正對地球的點將因而改變。

經度天平動:±7º45'

緯度天平動

緯度天平動是月球自轉軸的法線對月球繞地球的軌道平面有少許的傾斜造成的,其起源類似于地球公轉太陽時造成季節變化的現象。月球的自轉軸相對于白道的傾斜角為1.54º,黃白兩道的交角為5.14º,因此緯度天平動的最大值為±6.7º,相當于在南北極方向約200公裏的距離。

緯度天平動:±6º41'

周日天平動

經天平動經天平動

周日天平動影響較小,是地球自轉所造成,它使地面上的觀測者從地月中心連線的西側轉至東側,因而先多看見一些月球的東側,然後多看見一些月球的西側。地月的平均距離38萬公裏,地球半徑6378公裏,地球的自轉將使觀測者最多能在赤道的東西側多看見約30公裏的區域。

周日天平動:±1º

物理天平動

不同于前面三種,這是月球真正的擺動。由于月球的三條主慣性軸長度不等,加上橢圓軌道造成的距離改變,在地球引力作用下,發生對平均位置的偏移。但是物理天平動比幾何天平動小得多,他的擺動從未曾大于0.04º,所以一般都忽略不予考慮。此外,月球上的“地震”也會影響到月球上正對地球的點。

意義

本身意義

周日天平動周日天平動

關于月球運動的狀態,卡西尼(G.D.Cassini)在1693年以理想化均勻性的條件提出了三點定則:

(1)月球以等角速度繞固定軸由西向東自轉,自轉周期為一個恆星月;

(2)月球自轉軸與黃道的交角不變;

(3)月球赤道面與黃道面的交線,和月球軌道面與黃道面的交線重合;月球赤道面和月球軌道面分別位于黃道面的兩側。

但由于月球並非一個均勻的正球體,它的三個慣性軸長度互不相等,因此在地球引力作用下,月球的自轉並不均勻,實際的自轉狀態比卡西尼定則復雜,因而產生對平均位置

的偏移。偏移的量就造成了月球物理天平動,這是月球真正的擺動,通常以r、s、t三個分量來表示;r反映月球自轉軸與黃極交角的變化;s反映月球自轉的不均勻性;t反映月球沿經度方向的擺動。

物理天平動比幾何天平動的影響小得多,它的擺動從未大於0.04O,所以一般都忽略不予考慮 。

月球觀測的意義

月球在圍繞地球公轉過程中,朝向我們的月面呈現出一處左右、上下的擺動,這種運動叫作天平動。由于天平動現象的存在,公轉運動卻不是均勻的,在近地點運動快,在遠地點運動慢。月球公轉速度的這種變化就會使地球上的觀察者有時看見月面西邊緣之外的一小部分,有時能看見月面東邊緣之外的一小部分(經度天平動)。月球的自動軸不和公轉軌道垂直,而是成83.21′的傾角。在月球公轉過程中,月球自轉軸的北端和南端輪流朝向地球,這也會使地球上的觀察者有時能直接看到月球北極之外的一小部分,有時又能看到月球南極之外的一小部分(緯度天平動)。由于天平動的現象,使我們看到的月面不隻是一半,而是整個月面的59%,即整個月面的3/5 。