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地球衛星一般分為技術衛星、通信衛星、科學衛星、偵察衛星、氣象衛星、資源衛星等。中國的第一顆靜止軌道通信衛星是1984年4月8日發射的,命名為「東方紅二號」,至今已發射成功了五顆。這些衛星先後承擔了廣播、電視信號傳輸,遠程通訊等工作,為國民經濟建設發揮了巨大作用。

 

1 地球衛星 -衛星簡介

地球衛星地球衛星

地球衛星一般分為自然衛星和人造衛星,自然衛星即為我們熟知的月球,人造衛星分為技術衛星、通信衛星、科學衛星、偵察衛星、氣象衛星、資源衛星等。中國的第一顆靜止軌道通信衛星是1984年4月8日發射的,命名為「東方紅二號」,至今已發射成功了五顆。這些衛星先後承擔了廣播、電視信號傳輸,遠程通訊等工作,為國民經濟建設發揮了巨大作用。 

2 地球衛星 -人造地球衛星

技術衛星

技術試驗衛星,是進行新技術試驗或為應用衛星進行試驗的衛星。

人造衛星在發射之前須經過一系列的地面試驗,但為了更加全面地考驗衛星的技術性能,還必需把衛星發射上天加以驗證,技術穩定了才能正式應用。

美國的技術試驗衛星,進行了很多實驗,如話音通信;衛星導航;無線電傳輸等,為美國以後的通信衛星、氣象衛星、導航衛星、資源衛星的研製與應用作了大量準備。

「實踐一號」衛星是中國第一顆科學探測和技術實驗衛星。它的主要任務是試驗星上太陽能電池供電系統,主動無源溫控系統,長壽命遙測設備及無線電線路性能,並進行其他太空環境的探測。「實踐一號」的設計壽命為一年,但它實際在太空工作了八年之久,直到1979年6月17日才隕落。

技術試驗衛星中最讓人感興趣的是生物衛星。我們知道,在載人航天之前須先進行動物試驗,看看動物是否能適應太空生活,失重、強輻射的環境對發育、遺傳、生育有什麼影響,應採取什麼防護措施,然後才能慎重地將人送上天。那些攜帶生物上天的衛星即是生物衛星。

生物衛星一般由服務艙和返回艙兩部分組成。服務艙是衛星與運載火箭的接合部分,內部裝有衛星的姿態控制系統、電源系統和其他保證衛星正常工作的設備。服務艙與返回艙分離后留在天上不返回地面。返回艙是衛星返回地面的艙段,內裝各種實驗生物、記錄儀器、制動火箭和回收系統,艙外有防熱保護層。返回艙的外形有的呈球形,有的呈碗形,重三四百千克乃至一二噸。

前蘇聯自1966年起開始執行專門研究空間生命科學的生物衛星計劃,基本上每隔1至2年發射一顆生物衛星。星上載有猴子、狗、白鼠、烏龜、蒼蠅、細菌、藻類、植物種子等生物,科學家對它們進行了重力生理學、放射生物學和發育生物學實驗。衛星飛行最長時間為22天,最短為 5天。前蘇聯的生物衛星計劃是一項國際合作項目,東歐諸國、美國、法國等都參加了實驗。

中國在 1990年10月5日發射的返回式衛星上也進行了太空動物試驗,兩隻雄性小白鼠率先光顧宇宙。它們在天上生活5天零8個小時,由於種種不適應,在返回地面之前死去了。

通信衛星

太空驛站——通信衛星

通信衛星,是作為無線電通信中繼站的衛星。它像一個國際信使,收集來自地面的各種「信件」,然後再「投遞」到另一個地方的用戶手裡。由於它是「站」在36000 公里的高空,所以它的「投遞」覆蓋面特別大,一顆衛星就可以負責 1/3地球表面的通信。如果在地球靜止軌道上均勻地放置三顆通信衛星,便可以實現除南北極之外的全球通信。當衛星接收到從一個地面站發來的微弱無線電信號后,會自動把它變成大功率信號,然後發到另一個地面站,或傳送到另一顆通信衛星上后,再發到地球另一側的地面站上,這樣,我們就收到了從很遠的地方發出的信號。

通信衛星一般採用地球靜止軌道,這條軌道位於地球赤道上空 35786公里處。衛星在這條軌道上以每秒3075米的速度自西向東繞地球旋轉,繞地球一周的時間為 23小時56分4秒,恰與地球自轉一周的時間相等。因此從地面上看,衛星象掛在天上不動,這就使地面接收站的工作方便多了。接收站的天線可以固定對準衛星,晝夜不間斷地進行通信,不必像跟蹤那些移動不定的衛星一樣而四處「晃動」,使通信時間時斷時續。現在,通信衛星已承擔了全部洲際通信業務和電視傳輸。

通信衛星是世界上應用最早、應用最廣的衛星之一,許多國家都發射了通信衛星。1965年4月6日美國成功發射了世界第一顆實用靜止軌道通信衛星:國際通信衛星1號。到目前為止,該型衛星已發展到了第八代,每一代都在體積、重量、技術性、通信能力、衛星壽命等方面有一定提高。

前蘇聯的通信衛星命名為「閃電號」, 包括閃電1、2、3號等。由於前蘇聯國土遼闊,「閃電號」衛星大多數不在靜止軌道上,而在一條偏心率很大的橢圓軌道上。

中國的第一顆靜止軌道通信衛星是1984年4月8日發射的,命名為「東方紅二號」,至今已發射成功了五顆。這些衛星先後承擔了廣播、電視信號傳輸,遠程通訊等工作,為國民經濟建設發揮了巨大作用。

科學衛星

科學探測衛星,是用來進行空間物理環境探測的衛星。它攜帶著各種儀器,穿行於大氣層和外層空間,收集來自空間的各種信息,使人們對宇宙有了更深的了解,為人類進入太空、利用太空提供了十分寶貴的資料。世界各國最初發射的衛星多是這類衛星或是技術試驗衛星。

美國發射的第一顆衛星「探險者」號就是一顆科學探測衛星,以後「探險者」發展成一個科學衛星系列,它們主要用於探測地球大氣層和電離層;測量地球高空磁場;測量太陽輻射、太陽風;探測行星際空間等。「探險者」號衛星系列多為小型衛星,但其外形結構差別很大,由於探測的空間區域不同,它們的運行軌道有高有低、有遠有近,差別也很大。

「電子號」衛星是前蘇聯的科學衛星系列,星上裝有高、低靈敏度的磁強計、低能粒子分析器、質子檢測器、太陽X射線計數器以及研究宇宙輻射成分的儀器等。 該系列衛星的主要任務是研究進入地球內、外輻射帶的粒子以及相關的各種空間物理現象。

中國的「實踐」系列衛星即是技術實驗衛星,又是科學探測衛星。「實踐一號」衛星裝有紅外地平儀、太陽角計等探測儀器,取得了許多環境數據。「實踐二號」和二號甲、二號乙是用一枚火箭同時發射的三顆衛星。其中「實踐二號」外形為八面稜柱體,任務是探測空間環境,試驗太陽電池陣對日定向姿態控制和大容量數據存貯等新技術。

天文衛星也是一種科學衛星,它專門對各種天體和其他空間物質進行科學觀測。天文衛星在離地面幾百公里或更高的軌道上運行,由於沒有大氣層的阻擋,星上儀器可以接收來自其它天體的各波段電磁波輻射,能夠更好地觀測宇宙空間。

天文衛星的軌道多數為圓形或近圓形、高度為幾百公里,但一般不低於四百公里。這是因為太陽系以外的天體離地球極遠,再增加軌道高度也不能縮短相互間的距離,改善觀測能力;而軌道太低時,大氣密度增加,衛星也難以長時期運行。

偵察衛星

偵察衛星,就是竊取軍事情報的衛星,它站得高看得遠,既能監視又能竊聽,是個名副其實的超級間諜。

偵察衛星利用光電遙感器或無線電接收機,搜集地面目標的電磁波信息,用膠捲或磁帶記錄下來后存貯在衛星返回艙里,待衛星返回時,由地面人員回收。或者通過無線電傳輸的方法,隨時或在某個適當的時候傳輸給地面的接收站,經光學、電子計算機處理后,人們就可以看到有關目標的信息。

偵察衛星根據執行任務和偵察設備的不同,分為照相偵察衛星、電子偵察衛星、海洋監視衛星和預警衛星。

照相偵察衛星,裝有可見光照相機或電視攝像機,能對目標拍照。為了發現和識別目標,照相機鏡頭和圖像解析度要求很高。這種衛星一般運行在近地點高度150—280公里的軌道上,如果裝備紅外相機和多光譜相機,還具有夜間偵察和識別偽裝的能力。照相偵察衛星按偵察信息送回地面的方式分為返回型和傳輸型。返回型是將拍好的膠捲存入回收艙中返回地面,它利用膠片成像的原理,優點是圖像解析度高、直觀,易於識別分析,缺點是回收不及時,容易貽誤戰機。傳輸型利用光電成像原理,先把圖像信息記錄在磁帶上,飛到地面接收站的控制區時,再將圖像信息發送到地面,由地面進行處理、識別。它的優點是地面收到信息快,但圖像解析度不高。美國從1959年2月開始發射照相偵察衛星,其中有代表性的為「大鳥」號,它兼有回收膠捲和無線電傳輸兩種功能,壽命52—220天,它拍的照片可以清晰地分辨出火車、汽車、建築物及行人。

電子偵察衛星,用來偵辨雷達或者其他無線電設備的位置和特性,竊聽遙測和通信等機密信息。這種衛星一般運行在高約 500或1000多公里的近圓形軌道上。電子偵察衛星是竊聽能手,當它經過別國上空時,星上磁帶迅速錄下雷達信號、電台信號等,等飛經本國上空時又把這些信號輸送到地面站,經地面分析、研究,就能掌握別國地面雷達的位置、特性,破譯電台的信號。美國1988年8月發射的一顆重型電子偵察衛星,可以同時監聽到中蘇兩國11000條電話和步話機的通話。

海洋監視衛星,裝有雷達、無線電接收機、紅外探測器等偵察設備,監視海上艦船和潛艇的活動。為了對廣闊的海洋連續監視,衛星軌道一般比較高,為1000公里左右的近圓形軌道,並需要由多顆衛星組成海洋監視網。

預警衛星,運行在地球靜止軌道,並由幾顆衛星組成一個預警網。星上裝有紅外探測儀,用來探測敵方導彈飛行時發動機尾焰的紅外輻射,配合電視攝像機及時準確地判斷導彈飛行方向,迅速報警,使防空部隊及時攔擊導彈,城市居民緊急疏散隱蔽。在預警衛星出現前,人們用巨型雷達預警,由於地球曲面的阻擋,只有當導彈爬高到 250公里高空時,雷達才能「看」到目標,預警時間只有15分鐘,常常由於來不及準備而被動挨打。預警衛星可以把預警時間提前到30分鐘,海灣戰爭中,美國的愛國者導彈攔截伊拉克的飛毛腿導彈,預警衛星起了極大的作用。

氣象衛星

明天天氣怎麼樣?這是人們經常要問的一個問題。可是用地面氣象台、氣球、飛機乃至火箭等去觀察天氣卻有很大局限性,而且地球上有80%的地區無法用上述工具去觀測,於是氣象衛星便大顯身手。

氣象衛星是對地球及其大氣層進行氣象觀測的人造地球衛星,具有範圍大、及時迅速、連續完整的特點,並能把雲圖等氣象信息發給地面用戶。

氣象衛星的本領來自於它攜帶的氣象遙感器。這種遙感器能夠接收和測量地球及其大氣的可見光、紅外與微波輻射,並將它們轉換成電信號傳送到地面。地面接收站再把電信號復原繪出各種雲層、地表和洋麵圖片,進一步處理后就可以發現天氣變化的趨勢。

氣象衛星的軌道大致有兩種,一種是太陽同步軌道,一種是地球靜止軌道。按照前一種軌道運行,衛星每天對地球表面巡視兩遍,其優點是可以獲得全球氣象資料,缺點是對某一地區每天只能觀測兩次。 若運行於地球靜止軌道,則可以對地球近1/5的地區連續進行氣象觀測,實時將資料送回地面,用四顆衛星均勻地布置在赤道上空,就能對全球中、低緯度地區氣象狀況進行連續監測;它的缺點是對緯度大於55度地區的氣象觀測能力差。這兩種衛星如果同時在天上工作,就可以優勢互補。

到目前為止,美國、蘇聯、日本、歐洲空間局、中國、印度等共發射了100多顆氣象衛星。

世界上第一顆氣象衛星是美國發射的「泰羅斯」衛星,它為美國提供了大量氣象資料。但它的雲圖解析度不高,隨發隨收的功能還不理想,只能作為試驗型衛星。第三代太陽同步軌道衛星——「泰羅斯N/諾阿」號則有較佳表現,衛星上攜帶著高解析度掃描輻射計和垂直探測器。它拍攝的雲圖可以及時傳輸給地面,也可以把一地的雲圖貯存在磁帶里,在衛星飛經另一地地面接收站時傳給地面。它每天可輸出全球範圍內的 16000多個地點的大氣探測資料,二至四萬個點的海面溫度測量值。每天全球有一百多個地面接收站在接收這類的衛星雲圖。

前蘇聯的氣象衛星命名為「流星」號,分Ⅰ、Ⅱ號兩個系列。「流星Ⅱ號」衛星為太陽同步軌道衛星,每天兩次探測全球有關雲層分佈、雪和冰層覆蓋、地面溫度、雲頂高度等數據,並將數據傳給本國及其他國家的60多個自動圖象接收站,業務十分繁忙。

中國1988年9月7日發射了第一顆氣象衛星—「風雲一號」太陽同步軌道氣象衛星。衛星雲圖的清晰度可與美國「諾阿」衛星雲圖媲美,但由於星上元器件發生故障,它只工作了39天。目前,性能更先進的「風雲二號」地球靜止軌道氣象衛星已經投入應用,並為國民經濟建設發揮了巨大作用。

哈勃太空望遠鏡

哈勃號太空望遠鏡是被送入軌道的口徑最大的望遠鏡。它全長12.8米,鏡筒直徑4.27米,重11噸,由三大部分組成,第一部分是光學部分,第二部分是科學儀器,第三部分是輔助系統,包括兩個長11.8米,寬2.3米,能提供2.4千瓦功率的太陽電池帆板,兩個與地面通訊用的拋物面天線。鏡筒的前部是光學部分,後部是一個環形艙,在這個艙裡面,望遠鏡主鏡的焦平面上安放著一組科學儀器;太陽電池帆板和天線從筒的中間部分伸出。  

望遠鏡的光學部分是整個儀器的心臟。它採用卡塞格林式反射系統,由兩個雙曲面反射鏡組成,一個是口徑 2.4米的主鏡、另一個是裝在主鏡前約4.5米處的副鏡,口徑0.3米。投射到主鏡上的光線首先反射到副鏡上,然後再由副鏡射向主鏡的中心孔,穿過中心孔到達主鏡的焦面上形成高質量的圖像,供各種科學儀器進行精密處理,得出來的數據通過中繼衛星系統發回地面。

除了光學部分,望遠鏡的另外一個主要部分就是裝在主鏡焦平面上的八台科學儀器,分別是:寬視場和行星照相機、暗弱天體照相機、暗弱天體攝譜儀、高解析度攝譜儀、高速光度計和三台精密制導遙感器。

這些科學儀器是為望遠鏡在最初幾年運轉期間所配備的。為了使太空望遠鏡能夠充分利用最新技術成果,焦平面上的這些儀器設計成可作各種不同組合和更換方式。在望遠鏡工作期間,可以通過太空梭上的航天員進行維修更換,必要時,也可以用太空梭將整個望遠鏡載回地面作大的修理,然後再送入軌道。太空望遠鏡的壽命按設計要求至少15年,估計實際可達幾十年。

太空望遠鏡在距地面500公里的太空上進行觀測,不僅不受惡劣氣候的影響,每天都可以進行觀測,而且擺脫了地球大氣的干擾,能夠達到地面上任何望遠鏡也達不到的高靈敏度和高分辨能力。

但不幸的是, 由於製造上的誤差,哈勃太空望遠鏡不能辨別140億光年以外的物體,而只能看清40億光年的物體。 另外,它的太陽能電池板因熱脹冷縮還存在顫抖。為此,美國的數名宇航員於1993年進行了兩次檢修,經過艱苦的努力,終於修復了患了「近視」的哈勃太空望遠鏡,使其分辯率達到最初要求。

資源衛星

資源衛星,是勘測和研究地球自然資源的衛星。它能「看透」地層,發現人們肉眼看不到的地下寶藏、歷史古迹、地層結構,能普查農作物、森林、海洋、空氣等資源,預報各種嚴重的自然災害。

資源衛星利用星上裝載的多光譜遙感設備,獲取地面物體輻射或反射的多種波段電磁波信息,然後把這些信息發送給地面站。由於每種物體在不同光譜頻段下的反射不一樣,地面站接收到衛星信號后,便根據所掌握的各類物質的波譜特性,對這些信息進行處理、判讀,從而得到各類資源的特徵、分佈和狀態等詳細資料,人們就可以免去四處奔波,實地勘測的辛苦了。

資源衛星分為兩類:一是陸地資源衛星,二是海洋資源衛星。陸地資源衛星以陸地勘測為主,而海洋資源衛星主要是尋找海洋資源。

資源衛星一般採用太陽同步軌道運行,這能使衛星的軌道面每天順地球自轉方向轉動1度,與地球繞太陽公轉每天約1度的距離基本相等。這樣既可以使衛星對地球的任何地點都能觀測,又能使衛星在每天的同一時刻飛臨某個地區,實現定時勘測。

世界上第一顆陸地資源衛星是美國1972年7月23日發射的,名為「陸地衛星1號」。它採用近圓形太陽同步軌道,距地球920公里高,每天繞地球14圈。星上的攝像設備不斷地拍下地球表面的情況, 每幅圖象可覆蓋地面近兩萬平方公里,是航空攝影的140倍。

世界上第一顆海洋資源衛星也是美國於1978年6月發射的,名為「海洋衛星1號」。它裝備有各種遙測設備,可在各種天氣里觀察海水特徵, 測繪航線,錄找魚群,測量海浪、海風等。

3 地球衛星 -自然地球衛星

衛星月亮
月球俗稱月亮,也稱太陰。在太陽系中是地球中唯一的天然衛星。月球是最明顯的天然衛星的例子。在太陽系裡,除水星和金星外,其他行星裡面都有天然衛星。月球的年齡大約有46億年。月球有殼、幔、核等分層結構。最外層的月殼平均厚度約為60-65公里。月殼下面到1000公里深度是月幔,它佔了月球的大部分體積。月幔下面是月核,月核的溫度約為1000度,很可能是熔融狀態的。月球直徑約3476公里,是地球的1/4。體積只有地球的1/49,質量約7350億億噸,相當於地球質量的1/81,月球表面的重力差不多是地球重力的 1/6。
 
月球表面有陰暗的部分和明亮的區域。早期的天文學家在觀察月球時,以為發暗的地區都有海水覆蓋,因此把它們稱為「海 」。著名的有雲海、濕海、靜海等。而明亮的部分是山脈,那裡層巒疊嶂,山脈縱橫,到處都是星羅棋布的環形山。位於南極附近的貝利環形山直徑295公里,可以把整個海南島裝進去。最深的山是牛頓環形山,深達8788米。除了環形山,月面上也有普通的山脈。高山和深谷疊現,別有一番風光。
 
月球的正面永遠都是向著地球。另外一面,除了在月面邊沿附近的區域因天秤動而中間可見以外,月球的背面絕大部分不能從地球看見。在沒有探測器的年代,月球的背面一直是個未知的世界。月球背面的一大特色是幾乎沒有月海這種較暗的月面特徵。而當人造探測器運行至月球背面時,它將無法與地球直接通訊。
 
月球約一個農曆月繞地球運行一周,而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,月球圍繞地球運行(月球公轉)一周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運行期間,本身也在繞日的軌道上前進了一段距離。
 
因為月球的自轉周期和它的公轉周期是完全一樣的,地球上只能看見月球永遠用同一面向著地球。自月球形成早期,地球便一直受到一個力矩的影響引致自轉速度減慢,這個過程稱為潮汐鎖定。亦因此,部分地球自轉的角動量轉變為月球繞地公轉的角動量,其結果是月球以每年約38毫米的速度遠離地球。同時地球的自轉越來越慢,一天的長度每年變長 15微秒。
 
月球對地球所施的引力是潮汐現象的起因之一。月球圍繞地球的軌道為同步軌道,所謂的同步自轉並非嚴格。由於月球軌道為橢圓形,當月球處於近日點時,它的自轉速度便追不上公轉速度,因此我們可見月面東部達東經98度的地區,相反,當月處於遠日點時,自轉速度比公轉速度快,因此我們可見月面西部達西經98度的地區。這種現象稱為經天秤動。
 
嚴格來說,地球與月球圍繞共同質心運轉,共同質心距地心4700千米(即地球半徑的2/3 處)。由於共同質心在地球表面以下,地球圍繞共同質心的運動好像是在「晃動」一般。從地球北極上空觀看,地球和月球均以迎時針方向自轉;而且月球也是以迎時針繞地運行;甚至地球也是以迎時針繞日公轉的。
 
很多人不明白為甚麼月球軌道傾角和月球自轉軸傾角的數值會有這麼大的變化。其實,軌道傾角是相對於中心天體(即地球)而言的,而自轉軸傾角則相對於衛星。
 
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5.145 396°的夾角,而月球自轉軸則與黃道面的法線成1.5424°的夾角。因為地球並非完美球形,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)完成一周。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±0.002 56°的擺動,稱為章動。
 
白道面與黃道面的兩個交點稱為月交點--其中升交點(北點)指月球通過該點往黃道面以北;降交點(南點)則指月球通過該點往黃道以南。當新月剛好在月交點上時,便會發生日食;而當滿月剛好在月交點上時,便會發生月食。
 
月球背面的結構和正面差異較大。月海所佔面積較少,而環形山則較多。地形凹凸不平,起伏懸殊最長和最短的月球半徑都位於背面,有的地方比月球平均半徑長
4公里,有的地方則短5公里(如范德格拉夫窪地)。背面未發現「質量瘤」。背面的月殼比正面厚,最厚處達150公里,而正面月殼厚度只有60公里左右。
 
月球本身並不發光,只反射太陽光。月球亮度隨日、月間角距離和地、月間距離的改變而變化。平均亮度為太陽亮度的1/465000,亮度變化幅度從1/630000至1/375000。滿月時亮度平均為 -12.7等(見)。它給大地的照度平均為0.22勒克斯,相當於100瓦電燈在距離21米處的照度。月面不是一個良好的反光體,它的平均反照率只有 7%,其餘93%均被月球吸收。月海的反照率更低,約為 6%。月面高地和環形山的反照率為17%,看上去山地比月海明亮。月球的亮度隨而變化,下表[]以滿月亮度為100,列出不同月齡時的亮度值。從中可以看出,滿月時的亮度比上下弦要大十多倍。
 
由於月球上沒有大氣,再加上月面物質的熱容量和導熱率又很低,因而月球表面晝夜的溫差很大。白天,在陽光垂直照射的地方溫度高達+127℃;夜晚,溫度可降低到-183℃。這些數值,只表示月球表面的溫度。用射電觀測可以測定月面土壤中的溫度,這種測量表明,月面土壤中較深處的溫度很少變化,這正是由於月面物質導熱率低造成的。
 
從月震波的傳播了解到月球也有殼、幔、核等分層結構。最外層的月殼厚60~65公里。月殼下面到1,000公里深度是月幔,佔了月球大部分體積。月幔下面是月核。月核的溫度約1,000℃,很可能是熔融的,據推測大概是由Fe-Ni-S和榴輝岩物質構成。

月球軌道資料
平均軌道半徑 384,400千米
 
軌道偏心率 0.0549
 
近地點距離 363,300千米
 
遠地點距離 405,500千米
 
平均公轉周期 27天7小時43分11.559秒
 
平均公轉速度 1.023千米/秒
 
軌道傾角 在28.58°與18.28°之間變化
 
(與黃道面的交角為5.145°)
 
升交點赤經 125.08°
 
近地點輻角 318.15°
 
物理特徵
 
赤道直徑 3,476.2 千米
 
兩極直徑 3,472.0 千米
 
扁率 0.0012
 
表面面積 3.976×107平方千米
 
扁率 0.0012
 
體積 2.199×1010 立方千米
 
質量 7.349×1022 千克
 
平均密度 水的3.350倍
 
赤道重力加速度 1.62 m/s2
 
地球的1/6
 
逃逸速度 2.38千米/秒
 
自轉周期 27天7小時43分11.559秒
 
(同步自轉)
 
自轉速度 16.655 米/秒(於赤道)
 
自轉軸傾角 在3.60°與6.69°之間變化
 
(與黃道的交角為1.5424°)
 
反照率 0.12
 
滿月時視星等 -12.74
 
表面溫度(t) -233~123℃ (平均-23℃)
 
大氣壓 1.3×10-10 千帕
 
月球約一個農曆月繞地球運行一周,而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,月球圍繞地球運行(月球公轉)一周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運行期間,本身也在繞日的軌道上前進了一段距離。
 
因為月球的自轉周期和它的公轉周期是完全一樣的,我們只能看見月球永遠用同一面向著地球。自月球形成早期,月球便一直受到一個力矩的影響引致自轉速度減慢,這個過程稱為潮汐鎖定。亦因此,部分地球自轉的角動量轉變為月球繞地公轉的角動量,其結果是月球以每年約38 毫米的速度遠離地球。同時地球的自轉越來越慢,一天的長度每年變長15 微秒。
 
月球對地球所施的引力是潮汐現象的起因之一。月球圍繞地球的軌道為同步軌道,所謂的同步自轉並非嚴格。由於月球軌道為橢圓形,當月球處於近日點時,它的自轉速度便追不上公轉速度,因此我們可見月面東部達東經98度的地區,相反,當月處於遠日點時,自轉速度比公轉速度快,因此我們可見月面西部達西經98度的地區。這種現象稱為天秤動。又由於月球軌道傾斜於地球赤道,因此月球在星空中移動時,極區會作約7度的晃動,這種現象稱為天秤動。再者,由於月球距離地球只有60地球半徑之遙,若觀測者從月出觀測至月落,觀測點便有了一個地球直徑的位移,可多見月面經度1度的地區。這種現象稱為天秤動。
 
嚴格來說,地球與月球圍繞共同質心運轉,共同質心距地心4700千米(即地球半徑的 2/3處)。由於共同質心在地球表面以下,地球圍繞共同質心的運動好像是在「晃動」一般。從地球北極上空觀看,地球和月球均以迎時針方向自轉;而且月球也是以迎時針繞地運行;甚至地球也是以迎時針繞日公轉的。
 
很多人不明白為甚麼月球軌道傾角和月球自轉軸傾角的數值會有這麼大的變化。其實,軌道傾角是相對於中心天體(即地球)而言的,而自轉軸傾角則相對於衛星(即月球)本身的軌道面。在這個定義習慣很適合一般情況(例如人造衛星的軌道)而且是數值相當固定的,但月球卻非如此。
 
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5.145 396°的夾角,而月球自轉軸則與黃道面的法線成1.5424°的夾角。因為地球並非完美球形,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)完成一周。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±0.002 56°的擺動,稱為章動。
 
白道面與黃道面的兩個交點稱為月交點--其中升交點(北點)指月球通過該點往黃道面以北;降交點(南點)則指月球通過該點往黃道以南。當新月剛好在月交點上時,便會發生日食;而當滿月剛好在月交點上時,便會發生月食;

月球周期資料
月球的周期 名稱 Value (d) 定義
 
恆星月 27.321 661 相對於背景恆星
 
朔望月 29.530 588 相對於太陽(月相)
 
分點月 27.321 582 相對於春分點
 
近點月 27.554 550 相對於近地點
 
交點月 27.212 220 相對於升交點
 
月球軌道的其它特徵 名稱 數值 (d) 定義
 
默冬章 (repeat phase/day) 19 年
 
平均月地距離 ~384 400 千米
 
近地點距離 ~364 397 千米
 
遠地點距離 ~406 731 千米
 
軌道平均偏心率 0.0549003
 
交點退行周期 18.61 年
 
近地點運動周期 8.85 年
 
食年 346.6 天
 
沙羅周期 (repeat eclipses) 18 年 10/11 天
 
軌道與黃道的平均傾角 5°9'
 
月球赤道與黃道的平均傾角 1°32'

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