Mặt trăng có thể xuất hiện ở bất kỳ vị trí nào trên bầu trời?

Dường như với tôi rằng Mặt trăng đã xuất hiện ở nhiều địa điểm - những địa điểm rõ ràng - trong 'vòm trời'. Tôi biết rằng Mặt trời đi theo một vòng cung từ đông sang tây và vòng cung nhỏ hơn vào mùa đông so với mùa hè. Do đó, Mặt trời không thể xuất hiện ở mọi vị trí trong 'vòm trời'.
Câu hỏi của tôi là: mặt trăng có thể xuất hiện ở bất kỳ vị trí nào (mọi?) Trong 'vòm trời' không?

Giống như mặt trời, mặt trăng, từ góc nhìn của chúng ta trên bề mặt Trái đất, mọc lên ở phương Đông và lặn ở phương Tây. Tuy nhiên, nó không tăng chính xác do Đông và đặt chính xác là do Tây. Nếu bạn theo dõi vị trí của mặt trăng mọc dọc theo đường chân trời trong suốt một năm, bạn sẽ nhận thấy sự thay đổi đáng kể. Tuy nhiên, nó không thể được đặt ở khắp mọi nơi trên bầu trời đêm, thậm chí trong suốt một năm. Để hiểu tại sao, chúng ta cần hiểu một số hình học thiên thể.

1. Mặt phẳng hoàng đạo là mặt phẳng mà một đường giả thuyết giữa Trái đất và mặt trời quét ra trong suốt một năm. Trong hình trên, bạn có thể thấy quỹ đạo của Trái đất tồn tại trong mặt phẳng này.

2. Cũng lưu ý rằng đường thẳng từ cực nam địa lý của Trái đất qua cực bắc của nó (trục quay của nó) không vuông góc với mặt phẳng hoàng đạo này. Trong thực tế, nó là 23,5 độ ra khỏi hướng vuông góc này.

3. Lưu ý rằng các trục quay của Trái đất chỉ theo cùng một hướng bất kể mặt nào của Trái đất hiện tại. Trục quay này luôn hướng về phía sao Polaris. Điều này có nghĩa là vào các phần khác nhau trong năm, mặt trời sẽ mọc ở các điểm khác nhau dọc theo đường chân trời.

4. Mặt phẳng xích đạo của Trái đất là một mặt phẳng được xác định để mở rộng ra khỏi đường xích đạo của Trái đất theo mọi hướng. Mặt phẳng này nghiêng so với mặt phẳng hoàng đạo 23,5 độ (cùng mức với trục quay nghiêng so với hướng vuông góc của mặt phẳng hoàng đạo).

Bây giờ hãy xem xét hệ thống mặt trăng Trái đất. Để xác định phía bắc hoặc phía nam mặt trăng có thể mọc lên bao xa, bạn cần xem xét góc giữa mặt phẳng xích đạo của Trái đất và mặt phẳng quỹ đạo của mặt trăng. Do trục quay của Trái đất nghiêng 23,5 độ so với nhật thực và quỹ đạo của Mặt trăng nghiêng 5,14 độ so với nhật thực, quỹ đạo của Mặt trăng cao nhất có thể so với mặt phẳng xích đạo của Trái đất là 28,64 độ.

Do đó, Mặt trăng không thể trực tiếp trên bất kỳ điểm nào trên bề mặt Trái đất nếu điểm đó cao hơn 28,64 độ hoặc (bằng một đối số đối xứng) bên dưới đường xích đạo.

Do đó, Mặt trăng không thể xuất hiện ở mọi vị trí trên bầu trời cho một vị trí nhất định trên Trái đất. Có những phần của bầu trời mà hình học của hệ mặt trăng Trái đất đơn giản sẽ không cho phép Mặt trăng tồn tại.

Mặt trăng có thể xuất hiện chỉ trong khoảng 48% bầu trời ^* của một người quan sát Trái đất đứng yên. Mặt trăng phải cách các thiên thể ít nhất 61,4 độ, chẳng hạn như mặt trời gần Sao Bắc Đẩu.

So với mặt trời, luôn phải cách cực hơn 66,6 độ (40% bầu trời), mặt trăng chỉ còn một khoảng trống để di chuyển trong 'vòm' trên bầu trời của bạn, cao hơn một chút so với mặt trời mùa hè vòng cung, thấp hơn một chút so với mùa đông.

Để hình dung phần nào trên bầu trời của bạn có thể có mặt trăng trong đó, hãy bắt đầu bằng cách hình dung đường xích đạo thiên thể . Đó là vòng cung mặt trời dường như di chuyển trên xích đạo. Đây là vòng cung trên bầu trời của một ai đó ở vĩ độ trung bắc.

Mặt trăng phải nằm trong khoảng 28,6 độ bắc hoặc nam của vòng cung xích đạo đó.

Hình 28,6 cho biết độ nghiêng dọc trục của Trái đất - góc nổi tiếng giữa vòng quay và quỹ đạo của Trái đất, 23,437 độ - với góc giữa quỹ đạo của Mặt trăng và Trái đất , 5.145 độ.

Vì vậy, hãy tưởng tượng một dải 57,2 độ trên bầu trời của bạn (28,6 nhân đôi), dọc theo đường xích đạo thiên thể. Mặt trời bị giới hạn trong một dải 46,9 độ tương tự. Đây là một hình ảnh cho loại phân đoạn này của thiên cầu của bạn.

Trong hình này mà tôi cũng vừa đánh cắp các interwebs, quả cầu không đại diện cho Trái đất, nó đại diện cho bầu trời của bạn, không có Trái đất cản đường. O là bạn, gọi nó là Người quan sát và góc giữa các đường màu đỏ là 57,2 độ. Và bạn cần tưởng tượng điều này nghiêng đến cùng mức với đường xích đạo trên bầu trời của bạn.

Điều này cho thấy ở các vĩ độ cao hơn 61,4 độ (90 trừ 28,6), mặt trăng có thể xuất hiện ở bất cứ đâu trên đường chân trời của bạn.

^{* 48% là sin của 28,6 độ. Tính toán đơn giản đáng ngạc nhiên đó là phần bầu trời được chiếm bởi một dải xích đạo, dựa trên diện tích của một hình cầu , chia cho diện tích của một bán cầu , là hoặc sin của góc. Đó là cho một người quan sát cực, nhưng cho dù ở cực, xích đạo hay bất cứ nơi nào ở giữa, bạn có thể thấy khoảng một nửa dải và một nửa bầu trời.2 π R 2 h /$2\pi R h$ $2 \pi R^2$$h / R$}

Không, nó không thể.

Hãy để tôi giải thích. Nếu Mặt trăng quay quanh Trái đất trong mặt phẳng của nhật thực (mặt phẳng chứa quỹ đạo của Trái đất quanh Mặt trời), thì rõ ràng Mặt trời và Mặt trăng sẽ đi theo cùng một con đường. Tuy nhiên, cả hai mặt phẳng đều nghiêng khoảng 5 °. Điều này có nghĩa là vị trí của Mặt trăng bị giới hạn trong một dải nhỏ ở cả hai phía của hoàng đạo.

Lưu ý rằng do một hiện tượng gọi là thị sai diurnal (Mặt trời và Mặt trăng không ở vô cực), vị trí của chúng trên bầu trời phụ thuộc một chút vào vị trí của người quan sát trên Trái đất.

Rất nhiều cuộc tranh luận trong các câu trả lời và bình luận phát sinh từ sự mơ hồ trong cụm từ của OP là Mái vòm của bầu trời . Nó phụ thuộc vào việc bạn nghĩ điều này có nghĩa là Bầu trời trên đầu của bạn hay Mái vòm thiên thể được cố định với các vì sao .

Các Sky trên đầu của bạn phụ thuộc vào bạn đang ở đâu trên thế giới. Nếu bạn đi đến xích đạo, đôi khi, bạn sẽ thấy Mặt trăng trực tiếp trên cao, ở thiên đỉnh. Nếu bạn đi đến Bắc Cực, bạn sẽ không bao giờ thấy nó ở đó. Nếu bạn làm theo cách giải thích này, câu trả lời chắc chắn là có vì bạn đang theo dõi khả năng của Mặt trăng theo thời gian và vẽ nó trên toàn bộ bầu trời khi bạn di chuyển. Điều này dường như với tôi một vị trí pedantic đặc biệt.

Các Celestial Dome không quan tâm bạn đang ở đâu và câu hỏi sẽ có thể Mặt Trăng hút vào mỗi ngôi sao trên bầu trời? Ở đây câu trả lời rõ ràng là không . Có những vùng tuần hoàn rộng lớn của bầu trời phía Bắc và phía Nam nơi Mặt trăng không thể đi. Mặt trăng không bao giờ có thể xuất hiện trong Ursa Major , ví dụ.