1.地球的公轉軌道

在太陽系里，水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星以及海王星，都在各自的橢圓軌道上繞太陽轉動（公轉）。其中地球到太陽的平均距離約為1.5億千米，這個長度在天文學中被稱為1個天文單位。地球繞太陽公轉一周所用的時間為365.2422天，就是我們通常所說的一年。地球繞太陽公轉的軌道是一個接近正圓的橢圓。太陽位于橢圓的一個焦點上。橢圓有半長軸、半短軸和半焦距等要素，分別用a、b、c表示，半焦距與半長軸和半短軸之間存在著這樣的關系：即c2=a2-b2半焦距c與半長軸a的比值c／a，是橢圓的偏心率，用e表示，即e=c／a。

偏心率是橢圓形狀的一種定量表示，e的數值大于0而小于1。e越接近0，橢圓越接近圓形；反之，e的數值越大，橢圓就越扁。經過測定，地球軌道的半長軸a為14960萬千米，半短軸b為14958萬千米。根據這個數據計算出地球軌道的偏心率約為0.016。

可見，地球軌道是一個非常接近于圓形的橢圓。

由于地球軌道是橢圓形的，隨著地球的繞日公轉，日地之間的距離也會不斷發生變化。地球距離太陽最近的一點，即橢圓軌道的長軸距太陽較近的一端，稱為近日點。在近代，地球過近日點的日期大約在每年1月初，此時地球距太陽約為14710萬千米，通常稱為近日距。地球距離太陽最遠的一點，即橢圓軌道的長軸距太陽較遠的一端，稱為遠日點。在近代，地球過遠日點的日期大約在每年的7月初。此時地球距太陽約為15210萬千米，通常稱為遠日距。近日距和遠日距二者的平均值為14960萬千米，這就是日地平均距離，即1個天文單位。根據橢圓周長的計算公式：

L=2πα（1-0.25×e2）

我們可以計算出地球軌道的全長是9.4億千米。也就是說，我們的地球在以30千米／秒的速度繞太陽公轉。不識廬山真面目，只緣身在此山中，處于地球上的觀測者，是無法感受到自身如此的快速運動。人們能觀察到的，僅僅是太陽每年相對于恒星背景運動一周，劃出一個大圓。這個大圓，就是地球繞太陽公轉的軌道，在天文學中我們習慣把它稱之為太陽周年視運動軌跡，簡稱黃道。

2.太陽周年視運動是怎么回事

為了說明太陽的周年視運動，我們用一個動點與一個定點的關系來進行分析。

假如，動點A在繞定點B做逆時針的圓周運動，則在定點B看上去，A點的軌跡是一個圓形。若以動點A為參照系，則定點B的運動特征與A是完全相同的，即B點的運動軌跡也是圓形的，運動方向也是逆時針的。但是，A繞B的運動是一種真運動，而B繞A的運動則是一種視運動，它是A繞B運動的一種直觀反映。

上面提到的動點A就像我們的地球，定點B則像太陽。地球繞太陽做橢圓轉動，但是作為地球上的觀測者，感受到的只是太陽在繞地球做橢圓運動，這種運動就稱為太陽周年視運動。我們引入天球，這個以地球為球心任意半徑的假想球體來研究天體運動，那么太陽周年視運動實際上就是地球公轉“真實運動”在天球上的反映。

3.地球的自轉

太陽系中的行星，除了周而復始地繞日公轉外，自轉也是一種非常普遍的運動形式，我們的地球也不例外。從北極點向下看，地球是在以穿越南北極的假想直線為軸逆時針自轉，這條軸線也被稱為地球自轉軸。自轉的平均角速度為7.292×10度／秒，在地球赤道上的自轉線速度達到465米／秒。人們對地球自轉最直觀的感受，就要數日月星辰的東升西落了。天空中的一顆恒星，連續2次出現在同一位置的時間間隔為23小時56分4秒，這就是地球自轉的周期。恒星東升西落的速度約為15°／時，就是說，我們在1個小時內看到天上的星星由東向西移動15°。

4.月球的公轉

與地球的公轉相比，月球繞地球公轉可以直接被我們觀測到，它相對恒星背景每天都自西向東移動13。左右，所劃出的軌跡就是它的公轉軌道，也就是我們通常所說的白道。公轉的周期為27.32166天。和地球繞太陽的運動類似，月球在繞地球公轉時二者的距離也并不固定。最近時月球距離我們差不多是36萬千米，最遠時能超過40萬千米，平均距離約為38萬千米。月球的質量約7350億億噸，相當于地球質量的1／81。如此大質量而又距離較近的兩個天體，它們之間的引力作用一定是巨大而又復雜的。由于月球繞地球公轉的軌道由多種因素決定，因此白道既不重合于天赤道（地球赤道在天球上投影出的大圓），也不平行于黃道面。通過長期對月球位置的觀測，人們發現白道與黃道有一個5°09′的夾角。

5.月球也在自轉

月球在繞地球公轉的同時也在自轉，自轉周期為27.32166日，正好與公轉周期相同，所以我們看不見月球背面。這種現象稱為“同步自轉”，這幾乎是衛星世界的普遍規律。

但由于月球自轉的“赤道面”與公轉軌道平面有一個6°41′的夾角，就會導致在月球運動過程中，地面上某一點的觀測者多少還能看出月面邊沿有前后的擺動。這一現象被稱為月球天平動，因此我們能看到大約60％的月球表面，而非正好50％。