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太阳系是以太阳为中心的天体系统。太阳是一颗恒星，质量巨大，是整个太阳系的引力中心。地球是围绕太阳运行的行星，距离太阳约1.5亿公里。月亮是地球的天然卫星，距离地球约38.4万公里。这三个天体形成了一个层级关系：太阳居中心，地球绕太阳运行，月亮绕地球运行。
地球绕太阳的公转是一个复杂而规律的运动。地球沿着椭圆轨道运行，公转周期为365.25天，平均距离约1.5亿公里，公转速度约30公里每秒。轨道上有近日点和远日点，地球运行速度会发生变化。地球自转轴相对于轨道面倾斜23.5度，这个倾角是形成四季变化的根本原因。
地球除了公转，还有自转运动。地球围绕自转轴旋转，周期为23小时56分4秒。自转轴相对于轨道面倾斜23.5度。赤道地区的自转线速度约为1670公里每小时，而两极地区几乎为零。地球自转产生昼夜交替现象，面向太阳的一面是白天，背离太阳的一面是夜晚。自转还产生科里奥利效应，影响大气和海洋的运动。
月亮是地球的天然卫星，绕地球做椭圆轨道运动。月球公转周期为27.3天，距离地球约38.4万公里。月球有一个独特现象叫同步自转，即月球自转周期与公转周期相同，因此月球总是同一面朝向地球。这是由于潮汐锁定现象造成的。月球轨道是椭圆形，有近地点和远地点，距离会发生变化。
月相变化是太阳、地球、月亮三体位置关系的直观体现。月球绕地球运行时，受太阳光照射形成不同的月相。主要有八个月相：新月、蛾眉月、上弦月、盈凸月、满月、亏凸月、下弦月、残月。月相变化周期为29.5天，比月球公转周期27.3天长，这是因为地球同时在绕太阳运动，月球需要额外时间才能回到相同的日地月相对位置。