觀天入門：天平動

素描你以肉眼觀察到的月亮邊緣的地形特徵，尤其是危海(Mare Crisium)，一個月內觀察許多次，看你能不能發現月亮的天平動。此外，記錄月球表面的各個地形特徵出現在明暗界線(Terminator)時的月齡。

由於月球繞地球旋轉的速度和月球自轉的速度幾乎相同，所以它一直以同一個面面對地球。其實不盡然，例如：我們會發現每次滿月時所見到的月球中央部份大致上一樣，但接邊緣地區的地形則可能有差別。某些地形在某次滿月時很靠近邊緣，但下一次滿月時卻離邊緣有一段距離。這種月面微小變化(晃動)稱為天平動(Libration)。對於肉眼觀測者而言，只要知道自己在看什麼，也很容易發現此一現象。

天平動使我們可以看到北極再多一點點、南極再多一點點、常見的月面東緣或西緣再多一點點。因此，我們能看見的月球表面並不是一般人所想像的百分之五十，而是百分之五十九。

最方便用來觀察天平動的地形特徵是危海，當月亮由東邊升起西邊落下時，危海距月亮的前緣不遠，所以自新月開始到剛過滿月的這一段時間都可以觀察。那麼危海在完全相反的兩個天平動之間呈什麼樣子的變化呢？這個幾乎是正圓的月球「海」由看起來像是一條細細的黑線就剛好在月球表面邊緣到一個肥肥的橢圓舒適地躺著而不怕掉下床緣。

這個觀天習題很簡單，請你在不同的月齡時記錄危海的外形和位置。不過接下來的問題就比較具挑戰性，而且你可能也迫不急待地想知道為什麼會發生天平動。

實際上，天平動包括許多個不同的運動和不同的原因。主要有四個，物理天平動(Physical Libration)和每日天平動(Diurnal Libration)對肉眼觀察者而言，其變化太小難以分辨。但要發現緯度天平動(Libration in Latitude)並不難，它的幅度為月球北極再多七度，半個月之後則變成月球南極再多七度。緯度天平動原因是月球的自轉軸相對於其繞地球的公轉平面傾斜了七度。而經度天平動(Libration in Longitude)通常為月球表面平均東緣或平均西緣再多六度，但有時可達八度。經度天平動的原因是月球繞地球的軌道不是正圓，而是橢圓，它在軌道上的速度並不是固定的，當月球離地球比較近的時候，它的速度比較快，當月球離地球比較遠的時候，它的速度比較慢。月球的自轉速度是極為固定的，下圖顯示當自轉速度超過或趕不上公轉速度時，如何看到不同的月球表面。兩個角度α和ά雖然不同，因為在近地點時運動較快，在遠地點時運動較慢，所以月球經過它們的時間是相同的，在這個時間內，A點就可能超前或落後，介於L點和L'點之間的區域就變成可見。

問題

一、肉眼觀察危海的外形和位置，其每周的變化及每月的變化為何？你還看到那些地形特徵的外形和位置因為天平動而變化？

二、在某一特定月齡時觀察明暗界線上的地形特徵，它們會因為天平動而有什麼樣的變化？