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古人雖然不知道地球繞著太陽轉(zhuǎn)，但他們發(fā)現(xiàn)太陽似乎是繞著地球轉(zhuǎn)動，而且遵循一定的規(guī)律。學過物理的就明白，運動是相對的，這是因為參考系的不同。地球圍繞著太陽運動，參考系是太陽。人們在地球上看到太陽升起和落下，參考系為地球。所以地球圍繞著太陽轉(zhuǎn)，也可以看成是太陽圍繞著地球轉(zhuǎn)。 我們通常感覺不到地球的運動（自轉(zhuǎn)和公轉(zhuǎn)），所以在地球上看到太陽在恒星所組成的星空背景上好像是向后運動的，每年轉(zhuǎn)一圈，通俗來說，我們把太陽繞著地球運動，叫做太陽周年視運動。晚上我們仰望星空，似乎覺得整個天空是以地球為球心的球體，日月星辰都鑲嵌在這個球體上。天文學上把這個球體稱為天球，天空中所有的物體都可以看成是在天球上的投影。  天球天球是假想的一個與地球同球心，同自轉(zhuǎn)軸，半徑無限大的球體。為了準確描述天上星體的位置，天文學家制定了一套赤道坐標系統(tǒng)。與我們熟悉的地理坐標系統(tǒng)很相似，兩者使用相同的基準平面和相同的極點。地球的赤道在天球上的投影稱為天球赤道，同樣的，地理極點在天球上的投影就是天極。 根據(jù)這套坐標系統(tǒng)，天文學家把天球分為赤緯和赤經(jīng)。赤緯的算法和緯度算法一樣，從天球赤道開始為0°，向北至天球北極是+90 °，向南至天球南極是-90 °。赤經(jīng)的算法與經(jīng)度算法不同，它是沿著天球赤道方向自西向東劃分為24小時，把一周360度平均分成24份，那么1份就是15度等于1小時。和時間類似，赤經(jīng)的每小時可分為60分，每分可再細分為60秒。這里的分秒指的是時分時秒，并不是傳統(tǒng)意義上的角分角秒，1時分等于15角分，1時秒等于15角秒。天球自東向西旋轉(zhuǎn)，與地球自轉(zhuǎn)方向相反。  黃道以地球為視角，將地球和太陽連成一條直線，隨著地球的公轉(zhuǎn)，經(jīng)過一年的時間，這條連線走過的路徑就會形成一個平面，叫做黃道面。簡單來說，地球圍繞太陽公轉(zhuǎn)的軌道平面叫做黃道面，黃道面與天球相交的大圓叫做黃道。也可以說，太陽在天球上的運動軌跡叫做黃道，它是天球上假設的一個大圓圈，即地球軌道（地球圍繞太陽運行的路徑）在天球上的投影。它和赤道面相交于春分點和秋分點。 這樣包括日月星辰在內(nèi)的所有星體在天球上的運動都是可以觀察和測量的，古人正是靠測量太陽在黃道上運行的周期計算出一年的長度。 我們知道，地球赤道面與黃道面并不重合，有個23°26′21″的傾斜夾角。由于黃赤交角的存在，造成了太陽直射點南北移動。太陽周年視運動直觀表現(xiàn)就是太陽直射點南北移動的回歸性。每年春分時，太陽直射在赤道上，然后慢慢向北移動，夏至時移動到北回歸線上，此時太陽最靠近北方，之后又開始慢慢南移，秋分時直射赤道上，到冬至時移動到南回歸線上，此時太陽最靠近南方，之后又開始向北移，周而復始。  根據(jù)夏至日影子最短，冬至日影子最長，要測量一年的長度，只需要測出兩個冬至日之間的時間就行了。所以，確定冬至的時間是關鍵。在元代以前，人們用圭表來測量影子的長短，從而大致確定冬至點。元代郭守敬在河南登封建造觀象臺后，利用投影原理，巧妙地確定了冬至點。然后堅持測量，從而精確地計算出了一年的長度。  白道月球繞地球運行的軌道我們稱為白道，它是月球在天球上的運行軌跡。 月球的引力會引起地球上每天兩次漲潮，兩次退潮，我們稱之為潮汐，地球自轉(zhuǎn)一圈的時間是24小時，月球公轉(zhuǎn)一周的平均時間是29.53天。這樣一來，月球的引力就會對地球的自轉(zhuǎn)起到減速作用，直接的影響就是海水的漲落。其實，不僅地球上的海洋會有潮汐，地球上巖石圈每天也會起伏60厘米，這叫固體的潮汐。  力的作用是相互的，地球也會對月球產(chǎn)生引力，讓月球的自轉(zhuǎn)減速。當月球自轉(zhuǎn)速度減慢到和公轉(zhuǎn)速度相同時，這種同步自轉(zhuǎn)會導致月球一面固定不變的朝向地球，這樣月球就被地球潮汐鎖定。 月球的公轉(zhuǎn)軌道面（白道面）和地球的公轉(zhuǎn)軌道面（黃道面）并不重合，而是存在一個夾角，角度在4°57′～5°19′之間變化，平均值約為5°9′，變化周期約為173天。所以當月球繞地球公轉(zhuǎn)一圈，會產(chǎn)生不同程度的上升或下降，再加上月球在近地點的速度更快，而在遠地點速度更慢，就會造成月球公轉(zhuǎn)時發(fā)生輕微的上下左右擺動，正是因為如此，我們才能看到59%的月球表面。  日食 月食所謂日食，是指月球運動到太陽和地球中間，三者正好處在一條直線時，月球就會擋住太陽射向地球的光，形成的影子正好落到地球上的現(xiàn)象。落到地球上的影子，分為本影、偽本影和半影。 注意：在物理學現(xiàn)象中，不透明體遮住較大的發(fā)光體時，所產(chǎn)生的影子有兩部分，完全暗的部分叫本影，在空間上是個圓錐體，半明半暗的部分叫半影。特別的，在日食形成過程中，本影錐體匯聚一點后繼續(xù)延伸形成的影子錐體，叫偽本影。由于月球圍繞地球運動的軌道是橢圓形，因此地月距離不是固定不變的，當?shù)卦戮嚯x超過本影錐頂點時，偽本影才能落到地球表面。  日食一定發(fā)生在朔日（農(nóng)歷初一），因為只有在這一天，月球才剛好位于太陽和地球之間，它和太陽同時升起同時落下。但不是每一個朔日都會發(fā)生日食，因為有這個5°9′夾角的存在，所以在大多數(shù)的朔日里，月亮雖然轉(zhuǎn)到太陽和地球之間，但它的影子卻沒有“掃”到地球上，這樣就不會發(fā)生日食現(xiàn)象。一般來說，一年大約只有2個朔日才會發(fā)生日食。  所謂月食，是指地球運行到太陽和月球之間時，太陽的光剛好被地球擋住，不能照到月球上去，月球上就會出現(xiàn)黑影的現(xiàn)象。月食一定發(fā)生在望月（滿月）的晚上，一般出現(xiàn)在農(nóng)歷十五的前后。原因也是這個5°9′的傾斜角，因此只有在望日時，太陽和月球分別位于黃道和白道的兩個交點附近，才會出現(xiàn)月食現(xiàn)象。一般來說，一年大概能觀測到2次月食。  |
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