月球以橢圓軌道繞地球運轉。這個軌道平面在天球上截得的大圓稱“白道”。白道平面不重合於天赤道,也不平行於黃道面,而且空間位置不斷變化。週期27.32日。月球軌道(白道)對地球軌道(黃道)的平均傾角為5°09′。但是已知月球平均每年以3.8cm的速度逐漸與地球離去。
月球在繞地球公轉的同時進行自轉,週期27.32166日,正好是一個恆星月,所以我們看不見月球背面。這種現象我們稱“同步自轉”,或“潮汐鎖定”,幾乎是太陽系衛星世界的普遍規律。一般認為是衛星對行星長期潮汐作用的結果。天平動是一個很奇妙的現象,它使得我們得以看到59%的月面。主要有以下原因:
⒈在橢圓軌道的不同部分,自轉速度與公轉角速度不匹配。⒉白道與赤道的交角。
月球每小時相對背景星空移動半度,即與月面的視直徑相若。與其他衛星不同,月球的軌道平面較接近黃道面,而不是在地球的赤道面附近。相對於背景星空,月球圍繞地球執行(月球公轉)一週所需時間稱為一個恆星月;而新月與下一個新月(或兩個相同月相之間)所需的時間稱為一個朔望月。朔望月較恆星月長是因為地球在月球執行期間,本身也在繞日的軌道上前進了一段距離。
月球的軌道平面(白道面)與黃道面(地球的公轉軌道平面)保持著5.145396°的夾角,而月球自轉軸則與黃道面的法線成1.5424°的夾角。因為地球並非完全球形,而是在赤道較為隆起,因此白道面在不斷進動(即與黃道的交點在順時針轉動),每6793.5天(18.5966年)完成一週。期間,白道面相對於地球赤道面(地球赤道面以23.45°傾斜於黃道面)的夾角會由28.60°(即23.45°+5.15°)至18.30°(即23.45°-5.15°)之間變化。同樣地,月球自轉軸與白道面的夾角亦會介乎6.69°(即5.15°+1.54°)及3.60°(即5.15°-1.54°)。月球軌道這些變化又會反過來影響地球自轉軸的傾角,使它出現±0.00256°的擺動,稱為章動。
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