与我们朝夕相伴的太阳和月亮

与我们朝夕相伴的太阳和月亮，它们会不会自转，自转的方向又是如何？2007-01-29 23:08 与我们朝夕相伴的太阳和月亮，它们会不会自转，自转的方向又是如何？ 

 

太阳的自转 

1612年，伽利略发表了关于太阳黑子的活动记录，证实黑子位置并非固定不变，也证实了太阳确实有自转。德国数学教授沙伊纳也曾有过类似的观测。 

到了19世纪中叶，英国天文爱好者卡林顿对太阳黑子和太阳自转周期进行了详细观察，他发现，由于太阳不是一个固体球，而是气体球，因而它各个部分的自转是不同的。 

太阳自转周期随纬度不同而变化，赤道地区自转周期为25天，纬度为40度的地区自转周期为27天，纬度为80度的地区自转周期为35天。 

同时，太阳自转的速度也是不均匀的。有些科学家提出，太阳自转的速度每天都在变化，它的变化速度在一个极大值与一个极小值之间。这似乎令人感到难以解释。 

研究太阳自转还包括太阳大气层的自转问题。一般来说，大气低层的自转情况基本上也随纬度而变化，而在大气上层的自转则没有什么明显变化。此外，太阳自转还涉及到太阳黑子的分布等问题。总之，有关太阳的自转，还有很多谜等待我们去解开。 

太阳存在自转，也可以从黑子以及日面上的其他活动客体，如日珥、暗条和谱斑等在日面上的移动，或从太阳东西边缘光谱线的多普勒效应来证实。 

太阳自转方向与地球自转方向相同。在日面纬度不同处，自转角速度不同，在太阳赤道，自转最快，纬度越高,自转越慢,这说明太阳存在着较差自转的现象。以恒星为参考背景,日面纬度17°处的太阳自转周期是25.38日，称为太阳自转的恒星周期。相对于地球而言的自转周期是27.275日，称为太阳自转的会合周期。地面的观测者为了观测的方便常使用后一数字。 

由于近年来观测技术的发展，我们能够更精确地了解太阳自转的情况。1970年，霍华德和哈维发现，太阳表面有一个全球尺度的非轴对称的速度场，而日面较差自转只是上述速度场的纬向速度分量的反映。这一速度场的存在表明在赤道与极之间有角动量转移。 

很早就有人注意到太阳自转速率常有变化。1904年，哈姆就发现，1901～1902年与1903年观测到的太阳自转速率是不一样的；1916年，普拉斯基特观测到在几天之内太阳自转速率的变化达到每秒0.15公里；1970年霍华德和哈维的精确的观测更表明太阳自转速率天天都有变化。但是,太阳自转速率随时间变化的规律还不清楚,既不是越转越快，也不是越转越慢，而是在某一个上下限之间摆动。 

不少人还观测、研究了色球、日冕和太阳磁场扇形结构的较差自转。色球和日冕的自转速率同光球相似。有些观测表明，在某些日面纬度上日冕自转速度比光球自转速度慢，并且随太阳周期的位相而变化。至于太阳磁场扇形结构的边界，并没有象根据较差自转理论所预料的那样变化，而是呈现出一种刚性旋转。 

太阳内部的自转无法直接观测，只能间接推测，例如，根据主序星的平均自转速度的统计规律，根据角速度同恒星年龄和电离钙发射线的关系，或者根据太阳的锂－铍丰度进行推测。有的学者认为太阳内部自转速度比表面快，有的学者认为比表面慢，看法还不一致。 

太阳较差自转的理论研究工作是六十年代才开始的，因为对于太阳对流层中的大尺度环流的了解有了较大的进展，所以在湍流理论的基础上提出了太阳较差自转的理论，其基本思想是：米粒组织和超米粒组织这些小尺度对流可看作是一种粘滞作用，由于非轴对称的全球尺度的对流和自转的相互作用，角动量向赤道转移，从而形成了太阳的较差自转。 

 

月球的自转 

月球的自转，目前传统的解释是月球是通过公转完成自转的。这样给人们造成了一种误会，就是很有名气的学者也误以为月球“相对地心不转”，也就是误以为月球是绕地轴完成“自转”的。 

为了消除人们对月球自转的误解，我们可以通过下述实验形象地说明月球是绕自己的轴心旋转着的，而不是通过公转完成“自转”。先找一张较大的白纸并在上面画一平分十二等分（标有刻度）的大圆圈表示月球轨道，轨道中心用红笔标出一红点（圆心），然后找一个较大的象棋并在棋顶上用红笔沿圆心画一直线（直径），并在象棋柱面上用红笔画一红点（表示月球的朝向地球的一面的中心点），放到纸面上的月球轨道上的任一刻度上。 

实验开始，先将棋顶上的直线两端指向南北（或东西）两个方向，使象棋柱面上的红点与轨道圆心、象棋圆心置在一直线上。然后在保持棋顶直线始终指向南北（或东西）方向的前提下把象棋在轨道上逆时针平移到下一刻度上。这时我们会发现棋柱上的红点与轨道圆心、棋顶圆心不在同一直线上了，也就是在“公转”时重心偏离了。我们把象棋绕圆心逆时针旋转一个角色，使其柱面上的红点重新与轨道圆心、棋顶圆心成一直线。然后又保持棋顶上的直线的这一指向逆时针平移到第二个刻度上，以此类推。我们发现，象棋每移到下一刻度都出现柱面红点偏离轨道圆心（公转成偏），经调整后重新回到三点一线状态（自转纠偏）。 

上述实验表明，两天体在绕中心旋转时，它们的公转都引起重心偏离现象，而这种现象是通过自转来纠正的。至于自转的动力，应该说就是重力（对月球而言，也就是地球的吸引力，潮汐作用也可认为是一种重力作用），这可能是因为天体内部物质的空间分布不均匀引起。 这里必须强调，解开月球自转的奥秘并不是从天文知识中得到启发而产生，恰恰相反，这是从“机械设计”原理中的平面构件的活动度的计算方法中得到启发而想到的。下面我们再通过月球自转的三种情况来证明月球是绕自己的轴心完成自转的。 

1、地球和月球都是绕各自的轴心旋转的天体，此时月球的活动度大于零，月球能绕自己的轴心旋转。 

2、假定在“地球”是套上一个能相对地心旋转的套筒，再用一根长杆把月球与套筒联焊在一起。此时月球的活动度等于零，但能随套筒的转动绕地球公转（也就是人们认为的相对恒星的自转）。 

3、假定用长杆把月球与地球直接联焊在一起。此时月球绕自己的轴心转动的活动度等于零，不能绕自轴自转，也不能相对地球公转，只能随地球定位“公转”。 

从上面的2、3种情况来考虑，月球绕地轴旋转的情况虽不同，但都不能自转，看起来都是一面朝地球。从逻辑学的角度来考虑，把这种“旋转”说成月球在空间自转是不正确的。这两种情况下月球无论是相对地球还是相对恒星都不自转。对于相对旋转的两天体而言，它们彼此都是绕各自的轴心旋转的，是公平的。并没有一个绕另一个的轴心（公转）来实现自转之说。 

所以，只能用第1种情况来说明月球是绕自己的轴心旋转的。无论是相对地球，还是相对太阳，月亮都在绕自己的轴心施转。只因它的公转偏心与自转纠偏相抵消，导致不易被人们所察觉。自然界中有许多现象都让人产生错觉，这就需要我们细心观察、认真思考，道出其中的奥秘，揭示现象的本质。