月球中心天體不是太陽,與月球繞著太陽轉并不矛盾。
通過萬有引力公式:
我們很容易求得,太陽對月球的引力,是地球對月球的引力的2.2倍。
M為太陽質量:1.989×10^30kg。 m為地球質量: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,太陽對月亮的引力,是地球對月亮的引力的2.2倍。
為什么月球的中心天體是地球,而不是太陽?
首先,在整個地月系統中,太陽對月球軌道的影響十分有限。
月初時,月球運動到靠近太陽的一面,日月距離約為:
R朔=149597870?384403.9=149213466.1 km
月中時,月球運動到遠離太陽的一面,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,相對于日地距離,月球圍繞地球的軌道變化十分微小。
當月球圍繞地球進行圓周運動時,因為太陽引力而產生的引力差,僅僅只有月球受到地球引力的2.3%左右。
因此,太陽引力對月球軌道的引力波動,只會有很小的影響。
在地月系中,月球軌道依舊由地球引力所主導,甚至被地球潮汐鎖定。
行星/衛星與中心天體的軌道關系,符合開普勒三大定律。
開普勒三大定律可以簡略地用于地月系統。
當然,如果不考慮太陽引力,是無法求出月球精準軌道的。
其次,如果把日月看做一個獨立系統,地球對日月系統的影響十分巨大。
日地引力達到日月引力的45%,如果要排除地球,僅僅考慮日月關系來求取月亮相對于太陽的軌道,將完全無法適用于開普勒三大定律。
實際由于月球被地球潮汐鎖定,月球繞太陽的橢圓軌道,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,地球為月球的中心天體,而不是太陽。
不過太陽卻是地球的中心天體。
本質上,日地月可以看做以太陽為主導的三星系統。
地月系統作為整體圍繞著太陽旋轉,月球自然也圍繞太陽進行非典型的旋轉。
由于地月系統繞著太陽運動的速度是29.78km/s,而月球繞著地球運動的速度是1.023km/s。前者速度大于后者,所以,日地月系統的軌道,接近于這樣的狀態:
當然,這個動圖的軌道比例,依舊過大。
實際日地月系統的軌道變化,遠遠微小得多。
如果我們把地球的半徑6378.137km縮小為1cm,那么月球半徑1737.10km相當于0.27cm,太陽半徑的6.955×10^5 km則相當于1.09m。
而月地距離為0.6m,日地距離相當于234.55m。
也就是說一個,日地月相當于這樣的比例:
四個標準足球場拼在一起,長度200多米,太陽在中間像一個半徑1米的大火球。地月距離小于太陽半徑,僅僅只有0.6m,因此整個地月系統,都僅僅相當于那一條紅線。
也就是說,月球繞著太陽的“花邊”運動,朔望日之間的距離差,小至紅線范圍內。
相對于太陽,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。
真實效果會是這樣的:
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。
當然,即便等同處理,也是以地日軌道為準。
其實,如果我們把整個視角放大到整個銀河系。
整個太陽系繞銀河系運動的速度高達250km/s,相當于水星繞太陽運動速度47.87km/s的5倍還多。
由于地球公轉的黃道面與銀道面有著60°左右的夾角:
因此太陽系的行星,如果單獨拿出來繪制出它們與銀河系的軌道,將會是一個由更多細小螺旋“花邊”組成的漫長軌道(太陽2.5億年繞銀河系一周,地球軌道附近以內的星體都能繞出數億的螺旋“花邊”)。
雖然所有星系都圍繞著銀心運動,包括這些星系內的行星以及衛星,但我們通常不說地球的中心天體是銀心。
這本質上相當于:
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運動的。
總之,地球是月球的中心天體,與月球同時圍繞著太陽轉并不矛盾。
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