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· 正 · 文 · 来 · 啦 · 同学们好！ 我们接着讨论宇宙中的行星地球的第二个问题：地球的邻居。 在讲后面的话题之前，我们需要先简单介绍一个概念：拉格朗日点。我们以太阳和地球来举例吧。说在太阳和地球之间有一个小物体，一定会受到太阳和地球的引力作用，那么能否在空间找到一点，在该点，小物体相对太阳和地球保持静止状态。我们最容易想到的是太阳和地球的连线之间，有一个受双方引力和离心力作用为零的地方，也就是我们现在看到的L1。大家可能觉得有问题是吧？高中物理知识告诉我们，一个物体围绕太阳旋转，它距太阳越近，轨道周期就应该越短才对呀。但高中物理说的是物体受到一个天体重力作用的影响，而不是两个。现在这个物体同时受到太阳和地球的万有引力对其产生的拉力，也就是说，地球引力会减弱太阳对这物体的拉力，因此增加了这个物体的轨道周期。物体距地球越近，这种影响就越大。恰好在L1点，物体的轨道周期等于地球的轨道周期，那就一起围绕太阳旋转啦。理解了L1，那么相似的影响发生在地球的另一侧，或者太阳的另一侧，那就是L2点和L3点。大多数人可能只能找到这三个点。但科学家们还找到了L4，L5，也就是在以两天体连线为底的等边三角形的第三个顶点上。此点稳定的原因在于，它到两大物体的距离相等，其对两物体引力之比，正好等于两大物体的质量之比。因此，两个引力的合力正好指向该系统的质心，合力大小正好提供该物体公转所需的向心力，使其旋转周期与质量较小的天体相同并达成轨道平衡。 理解了拉格朗日点，那么我们再来解释月球的产生，就非常容易了。科学家们认为，地球曾经在太阳周围的轨道里并不孤独，因为那是拥有一颗名叫“忒伊亚”的姊妹行星，它同火星大小差不多，并以60度角从我们的蓝色地球前面或者后方经过，也就是前面说的L5的位置。大约45亿年前的一天，“忒伊亚”突然撞上地球；它的大部分物质都被地球吸收，但是有一大块被炸飞，并与地球物质结合，形成月球。上面的这个动画是以一年为步进，地球位置不变。视角是从地球南极看上去。为什么我们会有这样一个大碰撞学说呢？因为对我们这么大的行星来说，月球这颗卫星实在有些大，而且它还拥有与地球类似的金属同位素。目前只有星体碰撞能将这两个问题解释清楚。 现在地球上的资源卫星很多，它们的轨道周期一般是根据设计需要进行调节的，但它们总是会有一部分时间跑到地球的背日面去了，其实那个时候也就不能观测什么了，只能观测地球夜晚的灯光。当然，现在根据夜灯的遥感数据也能做很多分析了，比如灯光越强代表这个地区经济越发达。如果我们在L1点放一颗卫星，那么这颗卫星能观测什么？显然，它将是从地球接受太阳光的那一面对地球进行持续的实况探测。1998年，时任美国副总统戈尔就提出了一个想法，要用这样的卫星来“更清晰地展示我们的世界”，并通过互联网发布出来，以此提高人们对地球环境脆弱性的意识。这颗卫星其实两年后就造好了，但一直没有发射，因为有人反对这颗卫星浓浓的政治味道。时隔15年之后，由于监测太空天气的需要，就重新提上了发射日程，并被更名为深空气候观测卫星（DSCOVR）。 深空气候观测卫星（DSCOVR）离地球的距离比月球还远，约160万公里，那么当然就有机会观测到月球从地球前方掠过的景象，你看，这张图上，月球就像炸弹一样飞来，所以该照片一般称为“炸弹照片”。观测卫星在这个地方拍摄月球掠过的照片，一年只能拍到2次。 说到拉格朗日点L1，其实L2也有非常重要的用途。前面提到的哈勃空间望远镜，虽然远离了地球大气层，但还是离地球挺近的，约在575公里上空。能否再远一点呢？那就是准备放在L2的韦伯望远镜，它将在距地球150万公里的轨道上。望远镜、地球和太阳三点一线，相对位置始终保持不变，且望远镜可以一直保持背向太阳和地球的方位，易于保护和校准。更重要的是，因其受到其它星体的引力干扰最小，不必来回调整方位，可节省大量燃料。她可以在那里安心去拍摄宇宙的婴儿照了。韦伯望远镜还在建造中，原本2010年就要发射的，却被一推再推，推到了2018年发射，我们祝福她能顺利发射。【注】该视频课程于2017年拍摄。根据最新的消息：由于各种原因，导致该项目严重超支，发射时间继续推迟，最新预估总耗费高达96.6亿美元，发射时间改为2021年3月30日。 现在让我们再回到地球，回望一下太空，离地球最近的就是月球了。不知道大家是否注意到，为什么会发生日全食，为什么月亮能恰好挡住了整个太阳？换一句话说，从地球上观察，只有月球与太阳是一样大，月亮才能恰好挡住了整个太阳。的确如此，月球与地球的平均距离约为38万公里，太阳与地球的平均距离约为1.5亿公里。两数相除，约等于395。太阳的直径约为1392万公里，月球直径约为3476公里，两数相除，约等于400。那么，地球上观察月亮与太阳就是一样大。是不是很神奇？也很巧合？ 月球还有一个特征，其自转周期与公转周期相同。翻译成更通俗的语言就是，月球永远以同一面朝向着地球。这在天体物理学上称为潮汐锁定。也就是说，一直以来我们重来没有看见过月亮的背面。直到1950年代晚期，我们对月球背面的认识还是很少。1959年10月，前苏联的太空船传回月球背面的第一张照片。再之后呢，我们有了月球卫星，对月球背面的了解就更详细了。右边这张照片就是月球背面的情况，大家可以看到，月球的两个面相差还是比较大的。
另外，月球轨道的离心率会造成轨道速度的变化，使地球的观测者可以多观测约6°的偏移。这样的情况，很早就受到了天文学家们的关注。右边这张图，就1647年由约翰·赫维绘制的的月面图集，这是世界上第一张包含天秤动区域的月面图。【动图要看视频哟】
大海之水，朝生为潮，夕生为汐。到过海边的人一般都知道潮汐现象，但要合理解释其机理呢，需要一定的观测。古希腊哲学家柏拉图认为：地球和人一样，也要呼吸，潮汐就是地球的呼吸。中国古代就发现了潮汐现象与月球之间的关系。比如《海潮图序》这本书中说：潮之涨落，海非增减，盖月之所临，则之往从之；《论衡》这本书中说：涛之起也，随月盛衰。牛顿发现万有引力后，提出了潮汐是由于月球和太阳对海水的吸引力引起的假设，从而科学地解释了潮汐产生的原因。
离开了月球，再远一些就是离地球最近的两颗行星，金星和火星。金星又称启明星，天亮前后，东方地平线上有时会看到一颗特别明亮的“晨星 ”，人们叫它“启明星”；而在黄昏时分，西方余辉中有时会出现一颗非常明亮的“昏星”，人们叫它“长庚星”。这两颗星其实是一颗，即金星．在中国民间称它为“太白”或“太白金星”，西方称“维纳斯”（Venus）。天文符号：♀，与生物学上表示雌性的符号是一样的。
再来说说我们的邻居火星。从地面上观察，火星上可以看到数百条像“运河”的条带，早期的时候，就有人猜测，嗯，火星上一定是有高等智慧生物的存在，而且这样的想法还一度深入人心。 20世纪初，望远镜技术的发展，使人们终于看清了所谓的火星运河，其实是自然地貌，光谱分析也明确了大气成分，没有足够的氧气，火星表面也没有水，应该是一个干旱的环境。 那么火星上究竟有没有生命，它是我们的过去，还是未来，其实到现在也还没有人能说清楚。 天文符号：♂，与生物学上表示雄性的符号是一样的。
2012年11月2日，火星探测车“好奇”号登陆火星，对火星的大气成分进行了分析，结果显示并无甲烷存在的迹象，而之前通过远程传感器却探测到了这种气体的存在。为什么我们这门关注火星上的甲烷呢？大家如果有兴趣，可以看看我在《中国科学报》上写的这样的一篇小文章，好奇号为何苦寻甲烷。
太阳系还有更多的行星，我们就不一一一讲解了。但是我这里要提一下的是，曾经的冥王星现在已经不再归为太阳系的行星行列了，属于矮行星。
还有一个概念，叫天球，它是假想的一个与地球同心的圆球，并有相同的自转轴，半径无限大。天空中所有的物体都可以当成投影在天球上的物件。教科书上有详细的讲解，希望大家能阅读书籍进行理解。本节内容到此结束。
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