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第一节 月球运动的复杂性
伍岳明 曹明富合著 谨以此书献给2005——世界物理年!
要求得月球运动的计算值和实测值相符合,确实是一项艰难而又繁琐的工程。自从十七世纪,牛顿提出万有引力定律以来,人们都用它来研究月球的运动。十九世纪二十年代,法国科学院发起月球运动理论的研究,希望用理论计算的方法解决月球运动问题,结果未能取得预期的效果。两百多年来,仅月球运动的研究方法,就达数十种之多。其中有德国天文学家韩申,美国天文学家希尔,英国天文学家卜朗三个人的研究工作最为突出。
1857年,由英国刊布韩申的月球运行表。那时候学术界认为,韩申的月球运行表,已完全解决了月球运动问题。不料过了一段时间,月球的实测位置和韩申计算的理论位置不相符了,月球运行已离开了月球运行表。为什么会这样呢?这个问题又引起广泛的讨论,此时的天文学家们已经认识到,月球运动的短周期项虽然算得很好,但是,月球运动的长周期项,理论上有欠缺之处,为了解决这个问题,使许多天文学家冥思苦想。
1895年,英国天文学家卜朗公布了他的月球运动巨著(我国有卢景贵的《月理初编》中译本),曾于
1901年和1908年刊印在英国皇家天文学会的会议录内。后又于
1919年编算成新的月球运行表。从几十年的使用情况看,卜朗的月球运行表,比韩申的月球运行表好,其理论值和实测值符合得较好,基本上满足了观测的要求。
月球运动理论为什么这么难又这么烦琐。这是由于月球绕地球运动,地球作为地月系统的中心天体,当然是决定月球轨道运动的主要因素。但是,影响月球运动的摄动因素复杂,对月球的摄动力有太阳的、有地球的非球形摄动等,在摄动力的作用下,主要有白道和黄道的交点变化的
18.6年逆行周期,近地点有8.85的进动周期等。先前的计算,光考虑太阳这个主要摄动项,在月球位置结果中,就有二均差,出差,椭圆差,近地点东移,交点逆行,周年差,月角差等。如果再考虑其它因素,问题更为复杂。据说若所有摄动因素一个不漏的都考虑进去,那么表示月球位置的展开式可达
1650项之多,为了使得月球位置(黄经、黄纬)的精度达到 ,就需要进行一千多项计算,可见得问题是多么复杂而艰难。
笔者曾想用MATLAB计算机软件,作太阳、地球、月球三体运动的动态模拟图,求得
2005年的农历十五与三十(此时的日、地、月三点一线)的公历日期。见图6.1。因白道面与赤道面有
的交角;图中地球为米字形
,其中黑线为地球自转轴,在地球的轨道运动中
,能显示太阳在天球上表现为相对于天赤道的上下往复运动。月球在绕地球的轨

图6.1
2005年的农历十五与三十的公历日期计算动态模拟图
道运动中,月球轨道平面的空间位置在不断变化,月球轨道平面在天球上截出的大圆称为“白道”。不论月球在何处
,随月球轨道运动的不断改变,白道与黄道的交角在不断变化,白道与赤道的交角会在一个更大的范围内变化。所以月球受到的摄动力时时刻刻在变,月球的轨道时时处处都处在瞬时状态,给月球轨道的计算带来困难。同时,中心天体地球又在自转、轨道的西退,使月球的运动计算更加复杂。笔者也深知月球运动的复杂性和计算的难度。
笔者认为应该寻觅更简洁的月球运动理论,从月球运动的机理上,找到摄动的力因,再进行计算。笔者认为月球运动的摄动力主要是地球的共旋梯力。
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