Bulan mengorbit Bumi dalam arah progred, dan menyelesaikan satu revolusi berbanding Ekuinoks Mac dan bintang tetap dalam kira-kira 27.3 hari (satu bulan tropika dan bulan sidereal), dan satu revolusi berbanding Matahari dalam kira-kira 29.5 hari (bulan sinodik).
Secara purata, jarak ke Bulan adalah kira-kira 384,400 km (238,900 bt) dari pusat Bumi, sepadan dengan kira-kira 60 jejari Bumi atau 1.28 saat cahaya.
Bumi dan Bulan mengorbit mengelilingi baripusat mereka (pusat jisim sepunya), yang terletak kira-kira 4,670 km (2,900 bt) dari pusat Bumi (kira-kira 73% daripada jejarinya), membentuk sistem satelit yang dipanggil sistem Bumi-Bulan. Dengan purata kelajuan orbit di sekitar baripusat 1.022 km/s (2,290 mph), Bulan meliputi jarak kira-kira diameternya, atau kira-kira setengah darjah di sfera cakerawala, setiap jam.[1]
Bulan berbeza daripada kebanyakan satelit biasa planet lain kerana satah orbitnya lebih dekat dengan satah ekliptik dan bukannya satah khatulistiwa jasad induk (dalam kes ini, Bumi). Satah orbit Bulan condong kira-kira 5.1° berkenaan dengan satah ekliptik, manakala satah khatulistiwa Bumi condong kira-kira 23.4° berkenaan dengan satah ekliptik.
Sifat
Sifat orbit yang diterangkan dalam bahagian ini adalah anggaran. Orbit Bulan mengelilingi Bumi mempunyai banyak variasi (gangguan) disebabkan oleh tarikan graviti Matahari dan planet-planet, dengan kajiannya (teori qamari) mempunyai sejarah yang panjang.[2]
Bentuk elips
Orbit Bulan ialah elips hampir bulat mengelilingi Bumi (paksi separuh besar dan separuh kecil ialah 384,400 km dan 383,800 km, masing-masing: perbezaan hanya 0.16%). Persamaan elips menghasilkan kesipian 0.0549 dan jarak perigee dan apogee 363,300 km (225744 bt) dan 405,507 km (251970 bt) masing-masing (perbezaan 11.6%).[perlu rujukan]
Memandangkan objek yang lebih dekat kelihatan lebih besar, saiz jelas Bulan berubah apabila ia bergerak ke arah dan menjauhi pemerhati di Bumi. Peristiwa yang dipanggil "bulan gedang" berlaku apabila Bulan penuh paling hampir dengan Bumi (perigee). Diameter tampak terbesar Bulan adalah kira-kira 12% lebih besar daripada yang terkecil (rujuk jarak perigee lawan apogee); kawasan ketara kemudiannya 25% lebih besar dan begitu juga jumlah cahaya yang dipantulkan ke arah Bumi.
Variasi dalam jarak orbit Bulan sepadan dengan perubahan dalam kelajuan tangen dan sudutnya mengikut hukum kedua Kepler. Purata pergerakan sudut relatif kepada pemerhati khayalan di baripusat Bumi–Bulan ialah 13.176° sehari ke timur (zaman J2000.0).
Pemanjangan
Pemanjangan Bulan ialah jarak sudutnya ke timur Matahari pada bila-bila masa. Ketika fasa anak bulan, ia adalah sifar dan Bulan dikatakan dalam ijtimak (bersama). Ketika fasa bulan purnama, pemanjangan adalah 180° dan ia dikatakan istiqbal (bertentangan). Dalam kedua-dua kes, Bulan berada dalam sizigi, iaitu, Matahari, Bulan dan Bumi hampir sejajar. Apabila pemanjangan berada sama ada 90° atau 270°, Bulan dikatakan dalam kuadratur.
Liukan
Orientasi orbit tidak tetap di angkasa tetapi berputar mengikut masa. Perihal orbit ini dipanggil liukan apsis dan merupakan putaran orbit Bulan dalam satah orbit, iaitu paksi elips berubah arah. Paksi major orbit bulan – diameter terpanjang orbit, bergabung dengan titik terdekat dan paling jauh, perigee dan apogee, masing-masing – membuat satu revolusi lengkap setiap 8.85 tahun Bumi, atau 3,232.6054 hari, kerana ia berputar perlahan dalam arah yang sama seperti Bulan itu sendiri (gerakan terus) – bermakna mendahului 360° ke timur. Kedaratan apsidal Bulan adalah berbeza daripada liukan nod pada satah orbitnya dan liukan paksi bulan itu sendiri.
Kecondongan
Purata kecondongan orbit bulan ke satah ekliptik ialah 5.145°. Pertimbangan teori menunjukkan bahawa kecenderungan semasa berbanding satah ekliptik timbul oleh evolusi pasang surut dari orbit berhampiran Bumi yang lebih awal dengan kecenderungan yang agak tetap berbanding khatulistiwa Bumi.[3] Ia memerlukan kecondongan orbit awal ini kira-kira 10° ke khatulistiwa untuk menghasilkan kecenderungan 5° kini ke ekliptik. Ada kepercayaan bahawa pada asalnya kecenderungan ke khatulistiwa adalah hampir sifar, tetapi ia boleh meningkat kepada 10° melalui pengaruh planetesimal yang melintas berhampiran Bulan semasa jatuh ke Bumi.[4] Jika ini tidak berlaku, Bulan kini akan terletak lebih dekat dengan ekliptik dan gerhana akan menjadi lebih kerap.[5]
Paksi putaran Bulan tidak berserenjang dengan satah orbitnya, jadi khatulistiwa bulan tidak berada dalam satah orbitnya, tetapi condong kepadanya dengan nilai malar 6.688° (ini ialah oblikuiti). Seperti yang ditemui oleh Jacques Cassini pada 1722, paksi putaran Bulan mendahului dengan kadar yang sama dengan satah orbitnya, tetapi 180° di luar fasa (lihat hukum Cassini). Oleh itu, sudut antara ekliptik dan khatulistiwa bulan sentiasa 1.543°, walaupun paksi putaran Bulan tidak tetap berdasarkan bintang. Ia juga bermakna apabila Bulan berada paling jauh ke utara ekliptik, pusat bahagian yang dilihat dari Bumi adalah kira-kira 6.7° selatan khatulistiwa bulan dan kutub selatan boleh dilihat, manakala apabila Bulan berada paling jauh ke selatan ekliptik pusat bahagian yang kelihatan ialah 6.7° utara khatulistiwa dan kutub utara adalah 6.7° utara khatulistiwa. Ini dipanggil librasi dalam latitud.
Nod
Nod merupakan titik di mana orbit Bulan melintasi ekliptik. Bulan melintasi nod yang sama setiap 27.2122 hari, selang yang dipanggil bulan drakonik. Garisan nod, persilangan antara dua satah masing-masing, mempunyai gerakan mundur: bagi pemerhati di Bumi, ia berputar ke arah barat di sepanjang ekliptik dengan tempoh 18.6 tahun atau 19.3549° setahun. Apabila dilihat dari langit utara, nod bergerak mengikut arah jam mengelilingi Bumi, bertentangan dengan putaran Bumi sendiri serta putarannya mengelilingi Matahari. Gerhana Bulan atau Matahari boleh berlaku apabila nod sejajar dengan Matahari, kira-kira setiap 173.3 hari. Kecondongan orbit bulan juga menentukan gerhana; bayang-bayang bersilang apabila nod bertepatan dengan bulan penuh dan bulan baharu apabila Matahari, Bumi dan Bulan sejajar dalam tiga dimensi.
Dengan ini, ini bermakna "tahun tropika" di Bulan hanya 347 hari. Ini dipanggil tahun drakonik atau tahun gerhana. "Musim" di Bulan sesuai dengan tempoh ini. Untuk kira-kira separuh daripada tahun drakonik ini, Matahari berada di utara khatulistiwa qamari (tetapi paling tinggi 1.543°), dan untuk separuh lagi, ia berada di selatan khatulistiwa bulan. Kesan musim-musim ini, bagaimanapun, adalah kecil berbanding perbezaan antara malam dan hari qamari. Di kutub bulan, berbanding hari lunar biasa dan malam kira-kira 15 hari Bumi, Matahari akan "naik" selama 173 hari kerana ia akan "turun"; matahari terbit dan terbenam di kutub mengambil masa 18 hari setiap tahun. "Naik" di sini bermaksud pusat Matahari berada di atas ufuk. Matahari terbit dan terbenam di kutub bulan berlaku sekitar waktu gerhana (matahari atau bulan). Contohnya, pada gerhana Matahari pada 9 Mac 2016, Bulan berada berhampiran nod menurunnya, dan Matahari berada berhampiran titik di langit di mana khatulistiwa Bulan melintasi ekliptik. Apabila Matahari mencapai titik itu, pusat Matahari terbenam di kutub utara bulan dan naik di kutub selatan bulan.
Gerhana matahari pada 1 September tahun yang sama, Bulan berada berhampiran nod menaiknya, dan Matahari berada berhampiran titik di langit di mana khatulistiwa Bulan melintasi ekliptik. Apabila Matahari mencapai titik itu, pusat Matahari terbit di kutub utara bulan dan terbenam di kutub selatan bulan.
Kecondongan dengan khatulistiwa dan pegun bulan
Setiap 18.6 tahun, sudut antara orbit Bulan dan khatulistiwa Bumi mencapai maksimum 28°36′, jumlah kecondongan khatulistiwa Bumi (23°27′) dan kecenderungan orbit Bulan (5°09′) kepada ekliptik. Ini dipanggil pegun qamari major. Pada masa ini, keserongan Bulan akan berbeza dari -28°36′ hingga +28°36′. Sebaliknya, 9.3 tahun kemudian, sudut antara orbit Bulan dan khatulistiwa Bumi mencapai minimum 18°20′. Ini dipanggil pegun qamari minor. Kepegunan bulan kecil terakhir adalah pada Oktober 2015. Pada masa itu nod menurun dibarisi dengan ekuinoks (titik di langit mempunyai sifar kenaikan kanan dan sifar deklinasi). Nod bergerak ke barat kira-kira 19° setahun. Matahari melintasi nod tertentu kira-kira 20 hari lebih awal setiap tahun.
Cahaya Bulan digunakan oleh zooplankton di Artik apabila Matahari berada di bawah ufuk selama berbulan-bulan,[6] dan semestinya membantu haiwan yang tinggal di kawasan Artik dan Antartika ketika iklim lebih panas.
Model skala
Sejarah pemerhatian dan pengukuran
Pada kira-kira 1000 SM, orang Babylon ialah tamadun manusia pertama yang diketahui menyimpan rekod pemerhatian bulan yang konsisten. Lembaran tanah liat dari zaman itu yang ditemui di Iraq ditulis dengan tulisan kuneiform yang merekodkan masa dan tarikh bulan terbit dan terbenam, bintang-bintang yang dilalui Bulan secara dekat, dan perbezaan masa antara terbit dan terbenam kedua-dua Matahari dan Bulan sekitar masa bulan purnama. Astronomi Babylon menemui tiga tempoh utama pergerakan Bulan dan menggunakan analisis data untuk membina kalendar qamari yang meluas ke masa hadapan.[2] Penggunaan pemerhatian yang terperinci dan sistematik ini untuk membuat ramalan berdasarkan data eksperimen boleh diklasifikasikan sebagai kajian saintifik pertama dalam sejarah manusia. Walau bagaimanapun, orang Babylon nampaknya tidak mempunyai sebarang tafsiran geometri atau fizikal bagi data mereka, dan mereka tidak dapat meramalkan gerhana bulan akan datang (walaupun "amaran" telah dikeluarkan sebelum masa gerhana berkemungkinan).
Ahli astronomi Yunani purba merupakan ahli yang pertama memperkenalkan dan menganalisis model matematik pergerakan objek di langit. Ptolemy menerangkan gerakan bulan dengan menggunakan model geometri epikitar dan eveksi yang jelas.[2]
Isaac Newton adalah orang pertama yang membangunkan teori gerakan lengkap, mekanik Newton, dengan pemerhatian pergerakan Bulan menjadi ujian utama teorinya.[2]
Evolusi pasang surut
Daya tarikan graviti yang dikenakan Bulan di Bumi adalah punca pasang surut di lautan dan permukaan Bumi; Matahari mempunyai pengaruh pasang surut yang lebih kecil. Bumi pepejal bertindak balas dengan cepat kepada sebarang perubahan dalam daya pasang surut, herotan dalam bentuk elipsoid dengan titik tinggi kira-kira di bawah Bulan dan seberang Bumi. Ini adalah hasil daripada kelajuan tinggi gelombang seismik dalam Bumi pepejal.
Walau bagaimanapun, kelajuan gelombang seismik adalah terhad dan bersama-sama dengan kesan kehilangan tenaga dalam Bumi ini menyebabkan sedikit kelewatan antara laluan tenaga maksimum disebabkan Bulan merentasi dan pasang surut Bumi maksimum. Apabila Bumi berputar lebih cepat daripada Bulan mengelilingi orbitnya, sudut kecil ini menghasilkan tork graviti yang memperlahankan Bumi dan mempercepatkan Bulan dalam orbitnya.
Dalam kes pasang surut laut, kelajuan gelombang pasang surut di lautan[7] jauh lebih perlahan daripada kelajuan pasang surut Bulan. Akibatnya, lautan tidak pernah berada dalam keseimbangan hampir dengan daya pasang surut. Sebaliknya, pemaksaan menjana gelombang laut yang panjang yang merambat di sekitar lembangan lautan sehingga akhirnya kehilangan tenaganya melalui pergolakan, sama ada di lautan dalam atau di pelantar benua cetek.
Walaupun tindak balas lautan adalah lebih kompleks daripada kedua-duanya, adalah mungkin untuk memisahkan pasang surut lautan kepada jangka elipsoid kecil yang mempengaruhi Bulan ditambah jangka kedua yang tidak mempunyai kesan. Tempoh elipsoid lautan juga memperlahankan Bumi dan mempercepatkan Bulan, tetapi oleh sebab lautan menghilangkan tenaga pasang surut yang begitu banyak, pasang surut laut sekarang mempunyai kesan magnitud yang lebih besar daripada pasang surut Bumi pepejal.
Disebabkan tork pasang surut daripada elipsoid, beberapa momentum sudut (atau putaran) Bumi secara beransur-ansur dipindahkan ke putaran pasangan Bumi-Bulan mengelilingi pusat jisim bersama mereka, dipanggil baripusat. Lihat pecutan pasang surut untuk penerangan yang lebih terperinci.
Momentum sudut orbit yang lebih besar ini menyebabkan jarak Bumi-Bulan meningkat pada kira-kira 38 milimeter setahun.[8] Pemuliharaan momentum sudut bermakna putaran paksi Bumi beransur-ansur perlahan, dan daripada ini, waktu harinya dipanjangkan kira-kira 24 mikrosaat setiap tahun (tidak termasuk lantunan glasier). Kedua-dua angka hanya sah bagi konfigurasi benua semasa. Irama pasang surut dari 620 juta tahun yang lalu menunjukkan bahawa selama ratusan juta tahun, Bulan surut pada kadar purata 22 mm (0.87 in) setahun (2200 km atau 0.56% atau jarak Bumi-bulan seratus juta tahun) dan hari dipanjangkan pada kadar purata 12 mikrosaat setahun (atau 20 minit setiap ratus juta tahun), kedua-duanya kira-kira separuh daripada nilai semasa mereka. Dari 650 hingga 280 juta tahun yang lalu, melalui dua selang di mana putaran Bumi berkurangan, bulan bergerak kira-kira 20,000 km lebih jauh, meningkatkan tempoh hari di Bumi sebanyak 2.2 jam.
Kadar tinggi semasa mungkin disebabkan oleh resonans hampir antara frekuensi lautan semula jadi dan frekuensi pasang surut.[9] Penjelasan lain ialah pada masa lalu, Bumi berputar lebih cepat, dengan satu hari mungkin hanya bertahan selama 9 jam di Bumi zaman awal. Gelombang pasang surut yang terhasil di lautan akan menjadi lebih pendek dan ia akan menjadi lebih sukar untuk pasang surut panjang gelombang panjang memaksa untuk merangsang pasang surut panjang gelombang pendek.[10]
Bulan secara beransur-ansur surut dari Bumi ke orbit yang lebih tinggi. Ini telah menyebabkan tempoh bulan anomali meningkat daripada 20 hari kepada 27.55 hari hari ini dalam tempoh 3.2 bilion tahun.[11] Pengiraan mencadangkan bahawa ini akan berterusan selama kira-kira 50 bilion tahun.[12][13] Pada masa itu, Bumi dan Bulan akan berada dalam resonans putaran-orbit bersama atau penguncian pasang surut, di mana Bulan akan mengorbit Bumi dalam masa kira-kira 47 hari (kini 27 hari), dan kedua-dua Bulan dan Bumi akan berputar mengelilingi paksi mereka dalam masa yang sama, sentiasa menghadap satu sama lain dengan sisi yang sama. Ini telah pun berlaku kepada Bulan—sisi yang sama sentiasa menghadap Bumi—dan juga perlahan-lahan berlaku kepada Bumi. Walau bagaimanapun, kelembapan putaran Bumi tidak berlaku cukup pantas sehingga putaran memanjang kepada sebulan sebelum kesan lain mengubah keadaan: kira-kira 2.3 bilion tahun dari sekarang, peningkatan sinaran Matahari akan menyebabkan lautan Bumi tersejat,[14] menghilangkan sebahagian besar geseran dan pecutan pasang surut.
Librasi
Bulan berada dalam putaran segerak, bermakna ia mengekalkan muka yang sama ke arah Bumi pada setiap masa. Putaran segerak ini hanya benar secara purata kerana orbit Bulan mempunyai kesipian yang pasti. Akibatnya, halaju sudut Bulan berubah-ubah apabila ia mengorbit Bumi dan oleh itu tidak selalu sama dengan halaju putaran Bulan yang lebih malar. Apabila Bulan berada di perigeenya, pergerakan orbit menjadi lebih cepat daripada putarannya. Pada masa itu, Bulan berada di hadapan sedikit dalam orbitnya berbanding dengan putarannya pada paksinya, dan ini mewujudkan kesan perspektif yang membolehkan kita melihat sehingga lapan darjah longitud di sebelah timur (kanan) jauhnya. Sebaliknya, apabila Bulan mencapai apogee, pergerakan orbit menjadi lebih perlahan daripada putarannya, mendedahkan lapan darjah longitud sebelah jauh barat (kiri). Ini dirujuk sebagai librasi optik dalam longitud.
Paksi putaran Bulan condong sebanyak 6.7° secara keseluruhan berbanding normal satah ekliptik. Ini membawa kepada kesan perspektif yang sama di arah utara-selatan yang dirujuk sebagai librasi optik dalam latitud, yang membolehkan seseorang melihat hampir 7° latitud di luar kutub di sebelah jauh. Akhirnya, oleh kerana Bulan hanya kira-kira 60 jejari Bumi dari pusat jisim Bumi, seorang pemerhati di khatulistiwa yang memerhati Bulan sepanjang malam bergerak ke sisi dengan satu diameter Bumi. Ini menimbulkan libration diurnal yang membolehkan seseorang melihat nilai longitud lunar tambahan satu darjah. Atas sebab yang sama, pemerhati di kedua-dua kutub geografi Bumi akan dapat melihat nilai librasi satu darjah tambahan dalam latitud.
Selain "librasi optik" ini yang disebabkan oleh perubahan dalam perspektif untuk pemerhati di Bumi, terdapat juga "librasi fizikal" yang merupakan nutasi sebenar arah kutub putaran Bulan di angkasa, tetapi sangat kecil.
Rujukan
- ^ "Moon Fact Sheet". NASA. Dicapai pada 2014-01-08.
- ^ a b c d Martin C. Gutzwiller (1998). "Moon-Earth-Sun: The oldest three-body problem". Reviews of Modern Physics. 70 (2): 589–639. Bibcode:1998RvMP...70..589G. doi:10.1103/RevModPhys.70.589.
- ^ Peter Goldreich (Nov 1966). "History of the Lunar Orbit". Reviews of Geophysics. 4 (4): 411. Bibcode:1966RvGSP...4..411G. doi:10.1029/RG004i004p00411.
- ^ Kaveh Pahlevan & Alessandro Morbidelli (Nov 26, 2015). "Collisionless encounters and the origin of the lunar inclination". Nature. 527 (7579): 492–494. arXiv:1603.06515. Bibcode:2015Natur.527..492P. doi:10.1038/nature16137. PMID 26607544.
- ^ Jacob Aron (Nov 28, 2015). "Flying gold knocked the moon off course and ruined eclipses". New Scientist.
- ^ "Moonlight helps plankton escape predators during Arctic winters". New Scientist. Jan 16, 2016.
- ^ J.B. Zirkir (2013). The Science of Ocean Waves. Johns Hopkins University Press. m/s. 264. ISBN 9781421410784.
- ^ Williams, James G.; Boggs, Dale H. (2016). "Secular tidal changes in lunar orbit and Earth rotation". Celestial Mechanics and Dynamical Astronomy (dalam bahasa Inggeris). 126 (1): 89–129. Bibcode:2016CeMDA.126...89W. doi:10.1007/s10569-016-9702-3. ISSN 0923-2958.
- ^ Williams, George E. (2000). "Geological constraints on the Precambrian history of Earth's rotation and the Moon's orbit". Reviews of Geophysics. 38 (1): 37–60. Bibcode:2000RvGeo..38...37W. doi:10.1029/1999RG900016.
- ^ Webb, David J. (1982). "Tides and the evolution of the Earth-Moon system". Geophysical Journal of the Royal Astronomical Society. 70 (1): 261–271. Bibcode:1982GeoJ...70..261W. doi:10.1111/j.1365-246X.1982.tb06404.x.
- ^ Eulenfeld, Tom; Heubeck, Christoph (2023). "Constraints on Moon's Orbit 3.2 Billion Years Ago From Tidal Bundle Data". Journal of Geophysical Research: Planets. 128 (1). arXiv:2207.05464. doi:10.1029/2022JE007466. ISSN 2169-9097.
- ^ C.D. Murray; S.F. Dermott (1999). Solar System Dynamics. Cambridge University Press. m/s. 184.
- ^ Dickinson, Terence (1993). From the Big Bang to Planet X. Camden East, Ontario: Camden House. m/s. 79–81. ISBN 0-921820-71-2.
- ^ Caltech Scientists Predict Greater Longevity for Planets with Life Diarkibkan 2012-03-30 di Wayback Machine