月球绕太阳运行

地球围绕太阳旋转，月亮围绕地球旋转。出于好奇，我开始考虑绕太阳绕月的轨道，并期望（假定）如下：

但是在Wikipedia和其他一些网站上，我发现轨道实际上是这样的：

我有3个问题：

1. 假定路径变化与实际路径变化之间存在差异的原因是什么？
2. 自从月球形成以来，这条路是这样的吗？
3. 其他行星的自然卫星也沿着太阳绕同样的轨道吗？

经过进一步搜索后，我发现了对YouTube轨道路径感兴趣的人更好，更容易的解释，请务必查看。

假定路径变化与实际路径变化之间存在差异的原因是什么？

甚至第二张图片也不正确。想象一下放大月球围绕太阳的轨道的一小部分，例如，一个满月到另一个满月，而太阳则缩小了图片。现在，想象从一个外部尖点（满月）到下一个尖点绘制一条线段。在两个图像中，该线段都在曲线的外部交叉。换句话说，两条曲线都是凹的。

将此与月球绕太阳的轨道进行比较。这是凸曲线。如果在该曲线上选取任意两个点并在它们之间绘制一条线段，则该段的全部将在曲线上或曲线内。月球围绕太阳的轨道是凸的，是因为太阳在月球上施加的重力是地球在月球上施加的重力的两倍以上。如果月球离地球比259000公里（地球半径约40.6）更近，则轨道将是凹形的。由于月球绕385,000 km（地球半径约60.4半径）运行，因此绕太阳的月球轨道是凸的。

无论是关于太阳的月亮轨道是非简单的（问题中的第一张图像），简单/凹形的（问题中的第二张图像）还是简单/凸形的（关于太阳的月亮轨道），与椭圆的偏差都是小。关于地月系统，偏差是如此之小，以至于在绘制的分辨率（288x288像素）下，地球的轨道，地月重心和围绕太阳的月亮将恰好位于一个另一个。变化之所以如此之小（在288x288像素处少于一个像素）的原因是，与太阳有关的月球轨道与与地球有关的月球轨道的尺寸相比，太阳/地球/月球轨道的尺寸之比很大。

您的第一个图像中的那些向后循环不会发生在绕地球运行的任何物体上。那将需要绕地球的轨道速度大于绕太阳的地球轨道速度。地球绕太阳的轨道速度约为30 km / sec，远高于低地球轨道上物体的轨道速度7.8 km / sec。

自从月球形成以来，这条路是这样的吗？

否。月亮是在四到六个地球半径处形成的，远小于上面引用的40.6地球半径图。月亮的轨道最初看起来像您的第二张图片。

其他行星的自然卫星也沿着太阳绕着相同的轨道吗？

巨大的行星比太阳离地球远得多，并且比地球大得多。木星大部分围绕太阳的卫星的轨道是凹的，而不是凸的。只有木星的最外面的卫星具有围绕太阳的凸轨道。木星最内层的一些卫星（梅蒂斯，阿德拉斯特亚，阿玛西娅，特比，艾奥和欧罗巴）展现出第一幅图像中描绘的逆行运动。

关于绕太阳公转的卫星，与地球的259000公里对应的距离是：火星129000公里，木星2410万公里，土星2420万公里，天王星1900万公里和32.3海王星百万公里。火星的两个卫星都绕近轨道运行。但是，所有四个巨型行星都有其半长轴轨道落在相应限制范围之外的卫星。

这不是一个答案，但我认为这是月球绕太阳运行的一幅好照片。

资料来源：http : //www.wired.com/2012/12/does-the-moon-orbit-the-sun-or-the-earth/

这是一个非常老的问题，并且已经有了很好的答案，包括按比例绘制的图表。我只想添加一个非常简单的类比，以显示问题中的两张图片都是错误的（如果我们承认错误程度的可疑程度，第二张图片比第一张图片要少）。下面是我如何向一些朋友解释“月日运动”的方法，他们立即意识到了这一点，所以我仍然希望我的加法会有所帮助。

想想长道速滑的奥林匹克运动。两个竞争对手在几乎同心的圆周上都以很高的速度接近彼此（为简单起见，使此轨迹为圆形，而不是像真实运动中那样呈椭圆形）。由于其中一位滑冰者的步伐更长一些，因此规则要求他们在每一圈都切换车道，因此，两者中没有一个处于不利地位。

^{图片来源：Wikipedia File：Jan_Smeekens_（23-02-2008）.jpg}

突然，奥委会更改了规则。现在，溜冰者必须跑的不是400m的跑道，而是一条长达10km的跑道（直径约3.2km的圆圈），并且每圈不是更改一次而是13次。运动场很大，而且轨道的弯道非常细微，以至于在变化过程中，外转轮在以0.2 m / s的速度向内轨道移动时，仍保持着一条凸曲线，同时沿轨道保持15 m / s的前进速度[注意：这两个数字与其他数字不同，对于类推来说是无关紧要的]。

现在，说一个家伙不是很一致。他加快了一点，然后放慢了一点，但仍然赶上了第二。实际上，发生这种情况的原因是，当他移到外面时，他落后于第二个，而移到内侧时，他处于领先。想象一下，从无人机上方追随跑步者时，从无人机摄像机看到的图像。哇，他们彼此环绕！就像第二张图片一样，这些路径都不是凹面的，也没有像第一张图片那样具有任何向后的循环。他们总是前进，把那枚奖牌带回家！

上面的数字近似为地球和月球轨道。太阳周围的地球轨道是地球周围月球的400倍，标准的2轨轨道宽度4m是我们超级轨道1.6公里半径的1/400。在一年的地球中，月球绕地球旋转约13圈。当然，以一个更好的类比，地球在轨道的中间运行，仅略微偏离，而月亮在最里面和最外面的边缘之间有节奏地摆动。在月球的设定点也没有突然的车道变化（与溜冰者的路径相比，这使曲线更平滑地远离凹面）。但是，由于我们处于思想实验之中，因此我们假装奥委会对于这对奇特的配对来说是一个例外。

假定路径变化与实际路径变化之间存在差异的原因是什么？

绕太阳运行的月亮的轨道取决于行星运行的时间以及行星运行太阳的时间。

在月亮花很长时间绕地球旋转的情况下（例如“地球月球”），该轨道沿圆周摆动。

如果与行星年份相比，月球的轨道周期短（如木星-Io），则路径就像您在第一个图中绘制的一样。

自从月球形成以来，这条路是这样的吗？

对于月球系统，……
是的，一直都是这样。

其他行星的自然卫星也沿着太阳绕着相同的轨道吗？

没有。

[注意：动画GIF太大，无法复制到这篇文章中，但URL应该可用]

编辑：所有3种GIF动画现在都可以在YouTube上使用：

• https://youtu.be/7xN5hwcxspg
• https://youtu.be/G5YfPQdNw5g
• https://youtu.be/qSbozfxAfDQ

结束编辑

http://test.bcinfo3.barrycarter.info/farmoon.gif

上图适用于以下情况：

• 地球和月球都具有圆形轨道（近似正确）

• 月亮的卫星截留期正好是第12年（大约正确）

• 地球到太阳的距离为150（百万公里）（大约为真）

• 月亮与地球的距离为30（百万公里）（完全错误）

在这里，您会看到您最初期望的环回轨道。

现在，如果我们将距离减小到1000万公里（仍然很大），该怎么办：

http://test.bcinfo3.barrycarter.info/nearmoon.gif

如您所见，尽管轨道上仍然存在一些“尖锐点”，但在月球的真实轨道上却没有看到这种现象，环回循环已经消失了。

如果我们将距离减少到300万公里，我们将得到更接近预期的结果：

http://test.bcinfo3.barrycarter.info/closemoon.gif

在这里，我们有一个摇摆的圆圈，更接近实际发生的情况。

当然，月球与地球的实际距离只有35万公里，因此实际摆动要小得多。我试图对它们进行图形化处理，但是两个轨道最终彼此重叠。

月亮绕太阳的轨道路径是一个每月半圆，在几何学上称为摆线。

画一个代表月球轨道的圆。这是滚动的圆（忘了大地）。触摸此圆圈将绘制一条弧线，以代表太阳的延伸圆周。这将是基圆。

在两个中心之间绘制的直线将圆圈切开的位置是摆线的起点，称为新月，它是距太阳最近的点。当滚动圆上的该点绕基圆移动时，它将旋转一圈回到基曲线。画出的路径将是一个半圆，两点之间的距离将是基线圆上的一个月。