《地球概论》第十讲月球和地月系

根据月球公转周期可求出月球公转角速度：360°÷27.3217 日=13.2°/日，即 为月球公转平均角速度。由于月球公转轨道是个椭圆，所以公转速度是不均的：近地点 最快，约为 15°/日；远地点最慢，约为 11°/日。月球在公转轨道上平均每日自西向 东移行了 13.2°，因地球自转所造成的月球自东向西的周日视运动，必然逐日向后推迟， 地球自转 13.2°约需 52 分钟，所以月球每日出没地平的时间平均向后延迟 52 分钟。 这就是我们日常所见明月当空逐日推迟的道理。
满月 180° 此起彼落 黄昏 半夜 清晨 通宵见月
下弦月 270° 早升先落 半夜 清晨 正午 下半夜东天
从上表可以看出： ——月亮愈圆，夜晚见月时间越长；月牙愈窄，见月时间愈短。满月通宵可见，弦 月半夜可见，新月则不可见。 ——月相、时刻和月亮方位（东升、南中、西落），三者之间有固定的联系，特定 的月相，必在特定的时刻出现在天空特定的方位，不能混乱。
青岛大学讲稿
备 讲授内容
注 一、月球
1．月球的距离和大小： 月球是离地球最近的天体，也是地球唯一的卫星。月球与地球的平均距约为 384400
公里。月球的半径约为 1738 公里，是地球赤道半径的 27.25%，其表面积和体积分别 是地球表面积和体积的 7.4%和 2.03%；月球的质量约为 7.196×1022kg，是地球质 量的 1/81.3，其平均密度为 3.34g/cm3，约为地球的 60.5%；月面重力加速度是 1.622m/s2，约为地面的 1/6。
月相既随月球的距角（在天球上同太阳的角距离）而定，那么，月球的出没及中天 时刻，自然随月相而变化。以上述的朔、望和上、下弦为例，若不计昼夜长短的纬度和 季节差异，便有下表所列的简单关系：
月相 角距 与太阳出没比较 月出 中天 月落 见月时间
新月 0°
同升同落 清晨 正午 黄昏 彻夜无月
上弦月 90° 迟升后落 正午 黄昏 半夜 上半夜西天
月球在绕转地球的同时，也有自转。月球自转与其公转同步，即方向相同（向东）， 周期相等（恒星月），因此称同步自转。正是这个员应，地球上所见到的月球，大体上是 相同的半个球面；而在月球天空中，地球始终盘踞在天之一方，岿然不动。
图 2-19 月球的同步自转，使它始终以同一半球对着地球
2．月相和朔望月： 月亮的圆缺变化称为月相，这是最常见且为人们所熟知的一种天象。月球本身不发 光，只能反射太阳光。在太阳照射下，月球总是被分为光明和黑暗两个半球。它们是月 球上的昼半球和夜半球。但从地球上看来，这明暗两部分的对比，时刻发生变化，而且 这种变化是往复循环的。这便是月相变化。这种变化视日、月、地三者的相对位置而定。 它取决于两方面的因素：一是太阳照射月球的方向；二是地球上观测月球的方向。 如图所示，当月球与太阳处于地球的统一侧、即日月合朔（旧历每月初一）时，太 阳照射月球的方向，同地球上观测月球的方向相反，面对地球的是月球的黑暗半球，叫 做新月。它偕日升落，夜晚在天空中见不到它的影子。当月球和太阳分处地球两侧，即 日月相望（旧历月半）时，太阳照射月球的方向，与地球上观测月球的方向相同，人们 看到的是一轮银盘似的的满月。它在天空中与太阳相距 180°，此起彼落，轮番照耀大 地，因而满月通宵达旦可见。由新月变为满月的过程中，当月球绕行起轨道的 1/4 行程 时，叫上弦（旧历上半月初八）。这时，太阳照射月球的方向，与地球上观测月球的方 向垂直，人们见到的月亮明暗各半，叫上弦月。它在天空中东距太阳 90°，继日而入， 上半夜见于西部天空。同理，满月变为新月过程中的下弦月（时值旧历下半月二十三）， 西距太阳 90°，先日而出，后半夜见于东方天空。上弦月与下弦月的区别在于：前者位 于太阳之东，明亮的凸面向西；后者位于太阳之西，因而凸面朝东。
月球绕转地球的周期，笼统地说是 1 月。但按照参考点的不同，天文上月的长度有 四种，它们是恒星月、近点月、交点月和朔望源自文库，分别以恒星、近地点、黄白交点和太 阳为参考点。其中，恒星月是月球绕转地球的真正周期，即月球在白道上连续二次通过 同一恒星（无明显的自行）所需的时间，其长度为 27.3217 日，即 27 日 7 时 43 分 12 秒。若以近点月为月球的公转周期，则其长度是 27.5546 日。若以交点月为周期，其长 度是 27.2122 日。若以朔望月为周期，则其长度是 29.5306 日，即从这一次新月（或 满月）到下一次新月（或满月）所经历的时间。
3．月面的物理状况： 虽然，月面与地面有着相似的地形结构，但月面上的许多物理效应却与地面上的不
同：月面上没有大气、声音得不到传播，无法保持水分，温度变化剧烈，这成为月球上 缺乏生命存在的必要条件。
二、地月系
1．地月系的绕转： 月球绕转地球，构成一个天体系统，即地月系。由于地球的质量远大于月球，所以， 这个系统的中心天体是地球。严格地说，是月球和地球对于它们的共同质心的绕转。但 由于地月系质心十分接近地球质心，因此，通常把地月系的共同运动，看作月球绕转地 球的运动。
2．月球表面： 凭肉眼就能看出，月面上存在着明暗不均现象。月面上比较明暗的部分被称为月
“海”。其实，那里没有任何形态的水，而是广阔的平原；那里存在着大范围的熔岩流， 反照率低，因而显得阴暗。月面上比较明亮的部分是高地，统称月陆。月陆一般高出月 “海”2—3km，反照率高，因而显得明亮。无论在月“海”还是月陆，整个月面遍布 一种四周凸起、中部低凹的环形隆起，叫做环形山，现在也叫月坑。此外，月面山还有 一些亮线和暗线。亮线叫辐射纹，是从大环形山向四周辐射的明亮线条。暗线是深陷的 裂缝，有如地面上的沟谷，被叫做月谷。
图 2-18 地球和月球都绕它们的共同质心运动
（共同质心在地球内部位置的变化）
月球绕地球公转的轨道是一个椭圆（地球位于椭圆的焦点之一），其半长轴，即月地 平均距离为 384400km。这个椭圆的偏心率 0.0549。月球轨道在天球上的投影叫做白 道，白道面相对于黄道面有 5 度 9 分的倾角，称为黄白交角。由于这个倾角的存在，月 球在绕转地球的同时，往返于黄道南北；同时，由于黄赤交角的存在，月球在绕转地球 时，其赤纬也在不断改变，变化范围为正负 23°26'+/-5°9'，即月球直射点可达赤道 南北 28°35'。
1、课前预习。 2、复习上节课的主要内容。 3、多媒体辅助教学。展示图片，加深学生对理论知识的理解。 4、讲述法、谈话法。 5、板书设计
第二章 地球的宇宙环境 第三节、月球和地月系
一、月球 二、地月系
作业布置
1、月球公转的周期。 2、月相的变化
主要 参考资料
备注
《天文学教程》，高等教育出版社，朱慈盛 《天文学新概论》华中科技大学出版社，苏宜 《地球概论》刘南 高教出版社
章节
青岛大学教案（理论教学用）
第二章 地球的宇宙环境
第三节月球和地月系
第 10 次课 2 学时
讲授主要 内容
一、月球 二、地月系
重点 难点
月球表面的基本特征
要求掌握 知识点和 分析方法
月球表面的基本特征、月球的起源、月球的运动
教授思路， 采用的教 学方法和 辅助手段， 板书设计， 重点如何 突出，难点 如何解决， 师生互动 等
图 2-20 月相变化
新月和满月，上弦月和下弦月，周期性地轮番出现。上半月（旧历）由缺变圆，下 半月由圆变缺。从这一次新月（或满月）到下一次新月（或满月）所经历的一段时间， 即月相变化的周期，称为朔望月，其长度为 29.5306 日，或 29 日 12 时 44 分 3 秒。 它比恒星月约长 2.2 日。这是因为，月球绕转地球的同时，太阳也在作周年运动（由于 地球公转）。恒星月是月球绕转地球的恒星周期，而朔望月则是月球同太阳的会合周期。
月球绕地的角速度为 13°10'/日，太阳周年运动速度为 59'/日，二者相差：13° 10′/日-59′/日=12°11′/日，此即月球相对于太阳的会合速度。月球以此速度赶超 太阳的周期为：360°÷ 12°11′=29.53(日)。
根据月球的轨道半径和绕转周期可知，月球运动的线速度平均为每小时 3672km， 或每秒 1.02km。月球绕转地球的角速度和线速度，皆因月地距离而变化：接近近地点 时，速度最快；过远地点时，速度最慢。