高中地球科学/太阳和地球-月球系统
太阳系由太阳、绕太阳运行的行星、它们的卫星、矮行星以及许多、许多小的天体，如小行星和彗星组成。所有这些天体都在运动，我们可以看到这些运动。我们注意到太阳每天早上从东方升起，晚上从西方落下。我们观察到一年中不同时间的天空中不同的星星。当古代人进行这些观察时，他们想象天空实际上在运动，而地球是静止的。1543 年，尼古拉·哥白尼（图 24.21）提出了一个截然不同的想法：地球和其他行星绕太阳做规则的公转。他还认为地球每天自转一次。哥白尼的想法逐渐被人们接受，如今我们对太阳系运动的看法是基于他的工作。我们现在还知道，宇宙中的所有东西都在以每世纪 23 英里的速度运动。
在本课中，您将学习地球、月球和太阳的运动如何影响地球上的不同现象，包括昼夜、季节、潮汐和月相。
- 描述地球的运动如何影响季节并导致昼夜交替。
- 解释日食和月食。
- 描述月相并解释它们是如何发生的。
- 解释地球和月球的运动如何影响地球的潮汐。
- 解释地球、太阳和月球如何相互作用来产生月相
前面我们讨论了地球的自转和公转。地球大约每 24 小时自转一次。如果您从北极观察地球，它将逆时针旋转。随着地球自转，地球上的观察者看到太阳从东向西穿过天空，每一天都开始。我们经常说太阳“升起”或“落下”，但实际上是地球的自转让我们感觉到太阳从地平线上升起或落下。当我们晚上观察月球或星星时，它们也似乎从东方升起，从西方落下。地球的自转也导致了这一点。随着地球旋转，月球和星星在我们天空中的位置发生变化。
地球自转的另一个影响是，我们大约每 24 小时经历一次昼夜循环。这被称为一天。随着地球自转，面向太阳的一侧经历白天，而相反的一侧（背对太阳）经历黑暗或夜晚。由于地球大约在 24 小时内完成一次自转，因此这是完成一个昼夜循环所需的时间。随着地球自转，地球上的不同地方在不同的时间经历日落和日出。当您向两极移动时，夏季和冬季的白天在一天中的时间长度不同。例如，在北半球，我们从 6 月 21 日开始夏天。此时，地球的北极直接指向太阳。因此，赤道以北的地区经历更长的时间和更短的夜晚，因为地球的北半球指向太阳。由于地球的南半球此时背对太阳，因此它们有相反的效果——更长的夜晚和更短的白天。对于北半球的人来说，冬天从 12 月 21 日开始。此时，地球的南极指向太阳，因此赤道以北的人经历更短的白天和更长的夜晚。随着地球自转，它也围绕太阳运动或公转。... 随着地球绕太阳运行，月球绕地球运行。月球的轨道持续 27.5 天，但由于地球一直在运动，月球需要多两天，也就是 29.5 天，才能回到我们天空中的相同位置。
一种常见的误解是，夏天热，冬天冷是因为夏天太阳离地球更近，冬天离地球更远。请记住，季节是由地球自转轴 23.5 度的倾斜以及地球每年绕太阳公转造成的（图 24.22）。这导致地球的一部分比另一部分更直接地暴露在太阳光线下。背对太阳倾斜的部分经历凉爽的季节，而面向太阳倾斜的部分经历温暖的季节。随着地球继续公转，季节发生变化，导致背对太阳或面向太阳倾斜的半球相应地发生变化。当北半球是冬天时，南半球是夏天，反之亦然。
日食发生在新月直接经过地球和太阳之间时（图 24.23）。这在地球上投下阴影，并遮挡了我们对太阳的视线。当月球的阴影完全遮挡太阳时，就会发生日全食（图 24.24）。当只有一部分太阳被遮挡时，称为日偏食。日食是罕见的事件，通常只持续几分钟。这是因为月球的阴影只覆盖地球上的一个很小的区域，而地球的旋转速度很快。当太阳被月球的阴影覆盖时，外面的温度实际上会下降。鸟儿可能会开始唱歌，天空中的星星也会变得可见。在日食期间，可以观察到日冕和日珥。
在日食期间，永远不要直接看太阳，即使看不见太阳，因为它的有害射线会严重损害您的眼睛。在观看日食时，始终使用可以过滤掉有害太阳光的特殊眼镜。
月食发生在满月经过地球的阴影时（图 24.25）。这只能发生在地球位于月球和太阳之间，并且三者都对齐在同一个平面上时，这个平面被称为黄道。黄道是地球绕太阳运行的轨道平面。地球的阴影有两个明显的部位：本影和半影。本影是阴影的内部锥形部分，其中所有的光都被阻挡了。地球阴影的外部分是半影，只有部分光被阻挡。在半影中，光线变暗，但并没有完全消失。当月球完全进入地球的本影时，就会发生月全食。在月偏食期间，只有部分月球进入地球的本影。当月球经过地球的半影时，就会发生半影月食。地球的阴影非常大，因此月食持续几个小时，并且在月食发生时，任何有月球视野的人都可以看到它。
月偏食每年至少发生两次，但月全食并不常见。在月全食期间，月亮会发出暗红色的光。
月球本身不发光，它只反射太阳的光。当月球绕地球运行时，我们看到月球近侧的不同部分被太阳照亮。这导致了我们定期观察到的月球形状的变化，称为月相。随着月球绕地球运行，月球近侧被照亮的部分将从完全被照亮变为完全黑暗，然后再次变亮。
满月是当月球的整个亮面都朝向地球时看到的月相。当地球位于月球和太阳之间时，就会发生这种情况。大约一周后，月球进入弦月阶段。此时，月球看起来像半圆形，因为只有月球亮面的一半从地球上可见。当月球运行到地球和太阳之间时，面向地球的一面完全黑暗。这称为新月阶段，我们通常在这个阶段看不到月球。有时你可以在天空中勉强看到新月的轮廓。这是因为一些阳光反射到地球上，然后照射到月球上。在弦月阶段之前和之后是 **盈凸月** 和 **亏凸月** 阶段。在盈凸月阶段，月球超过一半被照亮，但没有完全被照亮。在亏凸月阶段，月球不到一半被照亮，看起来只有一条细线或月牙形。月球绕地球运行并经历所有月相大约需要 29.5 天（图 24.26）。
潮汐 是地球表面水体因月球和太阳的引力吸引而产生的规律涨落。月球的引力会导致海洋在月球方向隆起。换句话说，月球的引力正在向上拉动地球的水，产生高潮。在地球的另一侧，还有另一个高潮区域，产生于月球引力最弱的地方。随着地球绕其轴自转，直接与月球对齐的区域将经历高潮。地球上的每个地方都会经历一天中水位的变化，因为它从高潮变为低潮。每个潮汐日有两个高潮和两个低潮。图 24.27 和图 24.28 将帮助你更好地理解潮汐是如何运作的。
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第一张图片展示了所谓的 **大潮**。令人困惑的是，这种潮汐与“春季”这个季节无关，而是意味着潮汐水似乎涌出。在大潮期间，太阳和月球排成一线。这发生在新月和满月时。太阳的引力拉动地球的水，而月球的引力拉动相同位置的水。太阳产生的高潮会叠加在月球产生的高潮之上。因此大潮的高潮高于正常高潮。图中显示的灰色隆起部分就是地球两侧的水。注意，与灰色区域垂直，水位相对较低。水被拉出的地方经历高潮，而与它们垂直的区域经历低潮。由于地球正在绕其轴自转，因此高低潮循环在一个 24 小时的周期内绕地球移动。
第二张图片展示了 **小潮**。小潮发生在地球和太阳排成一线，但月球与地球垂直时。这种情况发生在月球处于上弦月或下弦月时。在这种情况下，太阳的引力会部分抵消月球的引力，潮汐的强度降低。小潮产生的潮汐比正常潮汐的极端程度低。这是因为太阳产生的高潮叠加在月球产生的低潮区域，反之亦然。因此，高潮不如平时高，低潮也不如平时低。
- 随着地球绕其轴自转并绕太阳运行，会产生几种不同的效应。
- 当新月出现在地球和太阳之间黄道线上时，就会发生日食。
- 当地球出现在满月和太阳之间黄道线上时，就会发生月食。
- 从地球上观察月球，我们看到一系列的月相，因为面向我们的月球表面从完全黑暗变为完全被照亮，然后每 29.5 天再次变暗。
- 同样，随着月球绕地球运行，它也会产生与月球引力方向一致的潮汐。
- 太阳也会产生较小的太阳潮。当太阳潮和月球潮对齐时，在新月和满月时，我们经历比正常潮汐更大的潮汐范围，称为大潮。
- 在上弦月和下弦月时，太阳潮和月球潮相互干扰，产生比正常潮汐范围小的潮汐，称为小潮。
- 地球被划分为不同的时区，因此在一个时区中的任何特定时间，在其他时区中都是不同的时间。例如，纽约市在一个时区，而洛杉矶在另一个时区。当纽约市是上午 8 点时，洛杉矶只有上午 5 点。解释地球的运动是如何造成这种时间差异的。
- 解释地球的自转轴倾斜是如何造成地球上的季节变化的。
- 解释地球、月球和太阳在日食和月食期间的位置是如何变化的。
- 画一张图，显示新月阶段时地球、月球和太阳是如何排成一线的。
- 为什么小潮比大潮的极端程度低？
- 月牙形
- 月相，此时月球不到一半满，但仍然略微被照亮。
- 盈凸月
- 月相，此时月球超过一半被照亮，但没有完全被照亮。
- 月食
- 当月球穿过地球的阴影并被遮挡时发生的食。
- 小潮
- 当太阳和地球排成一线，而月球与地球垂直时发生的潮汐事件。
- 半影
- 食发生时部分被照亮的阴影的外缘。
- 日食
- 当月球直接穿过地球和太阳之间时发生；月球的阴影遮挡了太阳的视线。
- 大潮
- 当地球、月球和太阳对齐时发生的极端潮汐事件；发生在满月和新月时。
- 潮汐
- 地球表面水体因月球和太阳的引力吸引而产生的规律涨落，每天两次。
- 本影
- 食发生时，当所有光线被遮挡时，阴影的内部锥形部分。
- 为什么每个月在满月和新月时不会发生食？
- 火星的倾斜度与地球非常相似。这会在火星上产生什么？
- 金星位于地球和太阳之间。为什么我们在这个时候看不到食？