高中地球科學/太陽和地球-月球系統
太陽系由太陽、繞太陽執行的行星、它們的衛星、矮行星以及許多、許多小的天體，如小行星和彗星組成。所有這些天體都在運動，我們可以看到這些運動。我們注意到太陽每天早上從東方升起，晚上從西方落下。我們觀察到一年中不同時間的天空中不同的星星。當古代人進行這些觀察時，他們想象天空實際上在運動，而地球是靜止的。1543 年，尼古拉·哥白尼（圖 24.21）提出了一個截然不同的想法：地球和其他行星繞太陽做規則的公轉。他還認為地球每天自轉一次。哥白尼的想法逐漸被人們接受，如今我們對太陽系運動的看法是基於他的工作。我們現在還知道，宇宙中的所有東西都在以每世紀 23 英里的速度運動。
在本課中，您將學習地球、月球和太陽的運動如何影響地球上的不同現象，包括晝夜、季節、潮汐和月相。
- 描述地球的運動如何影響季節並導致晝夜交替。
- 解釋日食和月食。
- 描述月相併解釋它們是如何發生的。
- 解釋地球和月球的運動如何影響地球的潮汐。
- 解釋地球、太陽和月球如何相互作用來產生月相
前面我們討論了地球的自轉和公轉。地球大約每 24 小時自轉一次。如果您從北極觀察地球，它將逆時針旋轉。隨著地球自轉，地球上的觀察者看到太陽從東向西穿過天空，每一天都開始。我們經常說太陽“升起”或“落下”，但實際上是地球的自轉讓我們感覺到太陽從地平線上升起或落下。當我們晚上觀察月球或星星時，它們也似乎從東方升起，從西方落下。地球的自轉也導致了這一點。隨著地球旋轉，月球和星星在我們天空中的位置發生變化。
地球自轉的另一個影響是，我們大約每 24 小時經歷一次晝夜迴圈。這被稱為一天。隨著地球自轉，面向太陽的一側經歷白天，而相反的一側（背對太陽）經歷黑暗或夜晚。由於地球大約在 24 小時內完成一次自轉，因此這是完成一個晝夜迴圈所需的時間。隨著地球自轉，地球上的不同地方在不同的時間經歷日落和日出。當您向兩極移動時，夏季和冬季的白天在一天中的時間長度不同。例如，在北半球，我們從 6 月 21 日開始夏天。此時，地球的北極直接指向太陽。因此，赤道以北的地區經歷更長的時間和更短的夜晚，因為地球的北半球指向太陽。由於地球的南半球此時背對太陽，因此它們有相反的效果——更長的夜晚和更短的白天。對於北半球的人來說，冬天從 12 月 21 日開始。此時，地球的南極指向太陽，因此赤道以北的人經歷更短的白天和更長的夜晚。隨著地球自轉，它也圍繞太陽運動或公轉。... 隨著地球繞太陽執行，月球繞地球執行。月球的軌道持續 27.5 天，但由於地球一直在運動，月球需要多兩天，也就是 29.5 天，才能回到我們天空中的相同位置。
一種常見的誤解是，夏天熱，冬天冷是因為夏天太陽離地球更近，冬天離地球更遠。請記住，季節是由地球自轉軸 23.5 度的傾斜以及地球每年繞太陽公轉造成的（圖 24.22）。這導致地球的一部分比另一部分更直接地暴露在太陽光線下。背對太陽傾斜的部分經歷涼爽的季節，而面向太陽傾斜的部分經歷溫暖的季節。隨著地球繼續公轉，季節發生變化，導致背對太陽或面向太陽傾斜的半球相應地發生變化。當北半球是冬天時，南半球是夏天，反之亦然。
日食發生在新月直接經過地球和太陽之間時（圖 24.23）。這在地球上投下陰影，並遮擋了我們對太陽的視線。當月球的陰影完全遮擋太陽時，就會發生日全食（圖 24.24）。當只有一部分太陽被遮擋時，稱為日偏食。日食是罕見的事件，通常只持續幾分鐘。這是因為月球的陰影只覆蓋地球上的一個很小的區域，而地球的旋轉速度很快。當太陽被月球的陰影覆蓋時，外面的溫度實際上會下降。鳥兒可能會開始唱歌，天空中的星星也會變得可見。在日食期間，可以觀察到日冕和日珥。
在日食期間，永遠不要直接看太陽，即使看不見太陽，因為它的有害射線會嚴重損害您的眼睛。在觀看日食時，始終使用可以過濾掉有害太陽光的特殊眼鏡。
月食發生在滿月經過地球的陰影時（圖 24.25）。這隻能發生在地球位於月球和太陽之間，並且三者都對齊在同一個平面上時，這個平面被稱為黃道。黃道是地球繞太陽執行的軌道平面。地球的陰影有兩個明顯的部位：本影和半影。本影是陰影的內部錐形部分，其中所有的光都被阻擋了。地球陰影的外部分是半影，只有部分光被阻擋。在半影中，光線變暗，但並沒有完全消失。當月球完全進入地球的本影時，就會發生月全食。在月偏食期間，只有部分月球進入地球的本影。當月球經過地球的半影時，就會發生半影月食。地球的陰影非常大，因此月食持續幾個小時，並且在月食發生時，任何有月球視野的人都可以看到它。
月偏食每年至少發生兩次，但月全食並不常見。在月全食期間，月亮會發出暗紅色的光。
月球本身不發光，它只反射太陽的光。當月球繞地球執行時，我們看到月球近側的不同部分被太陽照亮。這導致了我們定期觀察到的月球形狀的變化，稱為月相。隨著月球繞地球執行，月球近側被照亮的部分將從完全被照亮變為完全黑暗，然後再次變亮。
滿月是當月球的整個亮面都朝向地球時看到的月相。當地球位於月球和太陽之間時，就會發生這種情況。大約一週後，月球進入弦月階段。此時，月球看起來像半圓形，因為只有月球亮面的一半從地球上可見。當月球執行到地球和太陽之間時，面向地球的一面完全黑暗。這稱為新月階段，我們通常在這個階段看不到月球。有時你可以在天空中勉強看到新月的輪廓。這是因為一些陽光反射到地球上，然後照射到月球上。在弦月階段之前和之後是 **盈凸月** 和 **虧凸月** 階段。在盈凸月階段，月球超過一半被照亮，但沒有完全被照亮。在虧凸月階段，月球不到一半被照亮，看起來只有一條細線或月牙形。月球繞地球執行並經歷所有月相大約需要 29.5 天（圖 24.26）。
潮汐 是地球表面水體因月球和太陽的引力吸引而產生的規律漲落。月球的引力會導致海洋在月球方向隆起。換句話說，月球的引力正在向上拉動地球的水，產生高潮。在地球的另一側，還有另一個高潮區域，產生於月球引力最弱的地方。隨著地球繞其軸自轉，直接與月球對齊的區域將經歷高潮。地球上的每個地方都會經歷一天中水位的變化，因為它從高潮變為低潮。每個潮汐日有兩個高潮和兩個低潮。圖 24.27 和圖 24.28 將幫助你更好地理解潮汐是如何運作的。
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第一張圖片展示了所謂的 **大潮**。令人困惑的是，這種潮汐與“春季”這個季節無關，而是意味著潮汐水似乎湧出。在大潮期間，太陽和月球排成一線。這發生在新月和滿月時。太陽的引力拉動地球的水，而月球的引力拉動相同位置的水。太陽產生的高潮會疊加在月球產生的高潮之上。因此大潮的高潮高於正常高潮。圖中顯示的灰色隆起部分就是地球兩側的水。注意，與灰色區域垂直，水位相對較低。水被拉出的地方經歷高潮，而與它們垂直的區域經歷低潮。由於地球正在繞其軸自轉，因此高低潮迴圈在一個 24 小時的週期內繞地球移動。
第二張圖片展示了 **小潮**。小潮發生在地球和太陽排成一線，但月球與地球垂直時。這種情況發生在月球處於上弦月或下弦月時。在這種情況下，太陽的引力會部分抵消月球的引力，潮汐的強度降低。小潮產生的潮汐比正常潮汐的極端程度低。這是因為太陽產生的高潮疊加在月球產生的低潮區域，反之亦然。因此，高潮不如平時高，低潮也不如平時低。
- 隨著地球繞其軸自轉並繞太陽執行，會產生幾種不同的效應。
- 當新月出現在地球和太陽之間黃道線上時，就會發生日食。
- 當地球出現在滿月和太陽之間黃道線上時，就會發生月食。
- 從地球上觀察月球，我們看到一系列的月相，因為面向我們的月球表面從完全黑暗變為完全被照亮，然後每 29.5 天再次變暗。
- 同樣，隨著月球繞地球執行，它也會產生與月球引力方向一致的潮汐。
- 太陽也會產生較小的太陽潮。當太陽潮和月球潮對齊時，在新月和滿月時，我們經歷比正常潮汐更大的潮汐範圍，稱為大潮。
- 在上弦月和下弦月時，太陽潮和月球潮相互干擾，產生比正常潮汐範圍小的潮汐，稱為小潮。
- 地球被劃分為不同的時區，因此在一個時區中的任何特定時間，在其他時區中都是不同的時間。例如，紐約市在一個時區，而洛杉磯在另一個時區。當紐約市是上午 8 點時，洛杉磯只有上午 5 點。解釋地球的運動是如何造成這種時間差異的。
- 解釋地球的自轉軸傾斜是如何造成地球上的季節變化的。
- 解釋地球、月球和太陽在日食和月食期間的位置是如何變化的。
- 畫一張圖，顯示新月階段時地球、月球和太陽是如何排成一線的。
- 為什麼小潮比大潮的極端程度低？
- 月牙形
- 月相，此時月球不到一半滿，但仍然略微被照亮。
- 盈凸月
- 月相，此時月球超過一半被照亮，但沒有完全被照亮。
- 月食
- 當月球穿過地球的陰影並被遮擋時發生的食。
- 小潮
- 當太陽和地球排成一線，而月球與地球垂直時發生的潮汐事件。
- 半影
- 食發生時部分被照亮的陰影的外緣。
- 日食
- 當月球直接穿過地球和太陽之間時發生；月球的陰影遮擋了太陽的視線。
- 大潮
- 當地球、月球和太陽對齊時發生的極端潮汐事件；發生在滿月和新月時。
- 潮汐
- 地球表面水體因月球和太陽的引力吸引而產生的規律漲落，每天兩次。
- 本影
- 食發生時，當所有光線被遮擋時，陰影的內部錐形部分。
- 為什麼每個月在滿月和新月時不會發生食？
- 火星的傾斜度與地球非常相似。這會在火星上產生什麼？
- 金星位於地球和太陽之間。為什麼我們在這個時候看不到食？