本節中描述的軌道特性是近似值。由於太陽和行星的引力作用,月球繞地球的軌道有許多變化(攝動),對此研究(月球理論)已有著悠久的歷史[10]。

月球的軌道以及地球和月球的大小。 月球在近地點和遠地點處月球表觀大小的比較。

橢圓形狀

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月球繞地球的軌道是一個近乎圓形的橢圓(半長軸和半短軸分別為384,400km和383,800km:相差僅0.16%)。橢圓方程式產生的 近地點和遠地點的平均距離分別為362,600公里和405,400公里(相差12%),

由於較近的物體看起來更大,月球的表觀大小會隨著它靠近或遠離地球上的觀察者而變化。當滿月離地球最近(近地點)時,此時的滿月被稱為“超級月亮”。月球可能的最大視直徑(近地點與遠地點距離)比最小的直徑大14%; 表觀面積新增了30%,向地球反射的光也新增了30%。

正如克卜勒第二定律所述,月球軌道距離的變化與其切向速度和角速度的變化相對應。相對於地月重心處的假想觀察者的平均角運動每天向東(J2000.0曆元)7001131760000000000♠13.176。

從地球表面看,月球到地球的最小、平均和最大距離及其角直徑(按比例)。

離日度

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月球的離日度是其在任何時候都位於太陽以東的角距離。朔時的月球離日度為零,即當月球處於合的月相。在滿月時,離日度為180°,即月球處於衝的月相。在這兩種情况下,月球處於朔或望的狀態,也就是說,太陽、月球和地球幾乎對齊。當離日度是90°或270°,月球的月相是方照。

進動

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主条目:月球進動

拱線進動—月球橢圓軌道的長軸每8.85年以與月球自轉相同的方向旋轉一圈。這張圖片向上描繪了地球的地理南極,而月球軌道的橢圓形狀(從近乎圓形的形狀大幅放大,以顯示進動)正在從白色軌道旋轉到灰色軌道。

軌道傾角:月球的軌道向黃道傾斜5.14°。

月球繞地球軌道的動畫 月球 · 地球上圖:鳥瞰(極點);下圖:側視(赤道)

地球的月球軌道攝動。

軌道的方向在空間中不是固定的,而是隨時間旋轉的。這種軌道進動稱為拱線進動,是月球軌道在軌道平面內的旋轉,即橢圓的軸改變方向。月球軌道的長軸——軌道的最長直徑,將其最近點和最遠點近地點和遠地點分別連接在一起,每8.85地球年或3,232.6054天進行一次完整的旋轉,因為它沿著與月球自身相同的方向緩慢旋轉(直接運動)——這意味著向東進動360°。月球的拱線進動不同於其軌道平面的交點進動和月球本身的軸向進動。

傾角

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月球軌道對黃道面的平均傾角為5.145°。理論上的考慮表明,現時相對於黃道面的傾角是由從早期近地軌道的潮汐演化而來,相對地球赤道的傾角相當恆定[11]。這將需要早期軌道與赤道的傾角約為10°,才能產生當前與黃道約5°的傾角。據認為,最初赤道的傾斜度接近於零,但由於微行星在墜落到地球時經過月球附近的影響,可以增加到10°[12]。如果沒有發生這種情況,月球現在將更靠近黃道,日月食將更加頻繁[13]。

月球的自轉軸不垂直於其軌道平面,因此月球赤道不在其軌道平面內,而是向其傾斜6.688°(這是轉軸傾角)。正如雅克·卡西尼(Jacques Cassini)於1722年發現的那樣,月球的自轉軸以與其軌道平面相同的速度進動,但其相位相差180°(見卡西尼定律)。因此,即使月球的自轉軸相對於恆星不是固定的,黃道和月球赤道之間的角度始終為1.543°[14]。

交點

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交點是月球軌道穿過黃道的點。月球每27.2122天穿過同一交點,這個間隔稱為"交點月"。交點線是兩個平面各自兩個交點的連結線,它是逆行的:對於地球上的觀察者來說,它沿黃道向西旋轉,週期為18.6年或每年19.3549°。當從天北方向看時,交點圍繞地球順時針移動,與地球自轉和繞太陽公轉方向相反。當交點與太陽對齊時,大約每173.3天就會發生一次月食或日食。月球軌道傾角也决定了食是否發生;當交點與滿月和新月重合時,即當太陽、地球和月球在三維中對齊時,陰影會交叉。

實際上,這意味著月球上的回歸年長度只有347天。這被稱為龍之年或食年。月球上的「季節」適合這個時期。在龍之年的大約一半時間裏,太陽位於月球赤道以北(但最大為1.543°),而另一半時間則位於月球赤道以南。顯然,與月球夜晚和白天的差異相比,這些季節的影響很小。在月球兩極,太陽將"升起"173天,而不是通常的15地球日左右的月球晝夜;極地日出和日落每次需要18地球日。這裡的"向上"表示太陽的中心在地平線之上[15]。月球極地日出和日落發生在食(日食或月食)前後。例如,在2016年3月9日日食上,月亮靠近其降交點,太陽靠近天空中月球赤道穿過黃道的點。當太陽到達該點時,太陽的中心在月球北極落下,在月球南極升起。

在同年9月1日日食中,月球靠近其升交點,太陽在天空中也靠近月球赤道穿過黃道的點。當太陽到達該點時,太陽的中心從月球北極升起,在月球南極落下。

赤道傾斜和月球至點

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每隔18.6年,月球軌道與地球赤道之間的夾角達到最大值28°36′,地球赤道傾斜(23°27′)和月球軌道傾角與黃道之間的夾角(5°09′)之和。這被稱為"最大月球至點″。大約在這個時候,月球的赤緯將從−28°36′ 到+28°36′不等。相對的,9.3年後,月球軌道與地球赤道之間的夾角達到了18°20′的最小值。這被稱為"最小月球至點"。上一次的最小月球至點發生在2015年10月。當時,降交點與春分點(天球赤道座標上赤經零和赤緯零的點)對齊。這些交點每年向西移動約19°,因此太陽每年提前20天穿過同一個給定的交點。

當月球軌道與地球赤道的傾角為最小的18°20′時,每天從低於北緯或南緯70°43′(90°-18°20′ – 57′視差)的緯度開始,月球圓盤的中心將位於地平線上方。當傾角達到最大值28°36′時,只有在緯度小於北緯或南緯60°27′(90°-28°36′–57′)的地方,月球圓盤的中心每天都會高於地平線,也就是說月球每天都會在地平線出與沒。

在高緯度地區,每月至少有一天月亮不升起,但每月至少也有一天月亮不落下。這與太陽的季節行為相似,但週期為27.2天,而不是365天。需要注意的是,由於大氣折射,當月球上的一點位於地平線以下約34弧分前時,實際上仍然可以看到該點。

由於月球軌道相對於地球赤道的傾角,即使太陽地平線以下六個月的時候,月球每月也會在北極和南極的地平線上停留大約近兩週。從月球生起到下一次再升起的週期是一個回歸月,大約是27.3天,非常接近恆星週期。當太陽離地平線最遠時(冬至),月球在其最高點時將是滿月。當月球在雙子座時,它將在北極的地平線之上,而當月球在人馬座時,它將出現在南極的地平線上。

當太陽在地平線以下數月時,北極的浮游動物會利用月球的光[16],當氣候變暖時,這對生活在北極和南極地區的動物肯定是有幫助的。

比例模型

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地球-月球系統的比例模型:大小和距離按比例。 它表示軌道的平均距離和兩個天體的平均半徑。