食是自然界的一种现象,当太阳、地球、月球三者恰好或几乎在同一条直线上(月球在太阳和地球之间),太阳到地球的光线便会部分或完全地被月球遮挡住,从而产生日食现象。要注意的是,由于太阳和月球在天空的轨道并不在同一个平面上,而是约有5°的交角,因此只有太阳和月球分别位于黄道和白道的两个交点附近,才有机会连成一条直线,产生日食。月球阻挡了太阳光,在地球上造成阴影,使某些地区不能接受到部分或全部阳光。至于观测者看到太阳给遮盖了多少,则要视乎他们身处的地方相对月球阴影的位置。如观测者在半影区内(见示意图),他们会看到日偏食,而身处本影区的人则会看到日全食 月全蚀月蚀是一种特殊的天文现像,指当月球运行至地球的阴影部份时,在月球和地球之间的地区会因为太阳光被地球所遮闭,现看到月球缺了一块。 也就是说,此时的太阳、地球、月球恰好 (或几乎) 在同一条直在线,因此从太阳照射到月球的光线,会被地球所掩盖。 以地球而言,当月蚀发生的时候,太阳和月球的方向会相差 180 度,所以月食必定发生在‘望’(即农历15日前后)。要注意的是,由于太阳和月球在天空的轨道 (称为黄道和白道) 并不在同一个平面上,而是有约 5 度的交角,所以只有太阳和月球分别位于黄道和白道的两个交点附近,才有机会连成一条直线,产生月食
希望采纳
早在古代,巴比伦人根据对日食和月食的长期统计,发现了日食和月食的发生有一个223个朔望月的周期。这个223个朔望月的周期便被称为“沙罗周期”,“沙罗”就是重复的意思。
223个朔望月等于65853天(223
×29530588),即18年零113天,如果在这段时间内有5个闰年,那就是18年零103天。在这段时间内,太阳、月亮和黄白交点的相对位置在经常改变着,而经过一个沙罗周期之后,太阳、月亮和黄白交点差不多又回到原来相对的位置,因此便会出现同上一次情况相类似的日、月食,但见食的地点会有所变化,这里就不再细述了。
在我国汉代也发现日、月食具有一个135个朔望月的周期。135个朔望月等于39866天,约等于11年少31天,也就是说日、月食每过11年少31天重复发生一次。这个循环周期记载在汉代的“三统历”中,因此也称为“三统历周期”。
一次日全食的过程可以包括以下五个时期:初亏、食既、食甚、生光、复圆。
日全食说明
初亏由于月亮自西向东绕地球运转,所以日食总是在太阳圆面的西边缘开始的。当月亮的东边缘刚接触到太阳圆面的瞬间(即月面的东边缘与日面的西边缘相外切的时刻),称为初亏。初亏也就是日食过程开始的时刻。
食既从初亏开始,就是偏食阶段了。月亮继续往东运行,太阳圆面被月亮遮掩的部分逐渐增大,阳光的强度与热度显著下降。当月面的东边缘与日面的东边缘相内切时,称为食既。此时整个太阳圆面被遮住,因此,食既也就是日全食开始的时刻。
最精彩的日全食从7月22日上午9时至9时38分(北京时间)
这次日食的食分为10799,全食最长持续时间为3988秒,即6分钟388秒。月球的本影将覆盖亚洲东部各区、太平洋及夏威夷。
这次日食是21世纪全食持续时间最长的日全食,中国城市桐城、成都、乐山、重庆、宜昌、武汉、芜湖、铜陵、上海、嘉兴、无锡、苏州、宁波、杭州、荆州等地均可见全食。
其它的省只能看到日偏时了。
日食和月食是一种壮观的天象,也是一种短暂而无危害的自然现象。它的发生同月球和地球的影子有关。
在太阳照射下,地球和月球在背太阳方向,都拖着一条很长的影子。太阳、地球和月球都是球状体,且太阳远大于地球和月球,因此,它们的影子的主要部分,是一个以其顶端背向太阳的会聚圆锥,叫做本影。在本影内,太阳光盘全部被遮蔽,因而是黑暗的(严格地说,由于大气的折光作用,地球的本影内并不完全黑暗)。由于太阳是一个球状光源,因此,本影周围还有一个黑暗与光明的过渡区域。这是一个比本影大得多的发散圆锥,叫做半影。在这个影区内,能得到部分太阳光辉,因而并不完全黑暗。在半影内、本影影锥的延伸部分,是一个与本影同轴而反向的发射圆锥,叫伪本影。它是一种特殊类型的半影,那里,被遮蔽的是太阳光盘的中心部分,太阳的边缘部分仍然可见,因而也不是完全黑暗的。半影和伪本影的不同部分,明暗程度不同:愈接近本影,愈阴暗;离本影愈远,日轮被遮蔽程度愈小,愈明亮。
本影的长度,因射影天体的大小和它对于太阳的距离而不同。天体的半径愈大,其本影愈长。月球的半径约为地球半径的27%,如果二者与太阳距离相等,那么,月本影长度也为地本影长度的27%。天体距太阳愈远,其本影愈长。在一年中,地球(和月球)在接近远日点时,本影较长;接近近日点时,本影较短。在一个月内,满月前后,月球本影较长;新月前后,月本影较短。
根据太阳、地球和月球的半径,以及日地和月地的平均距离可知,地球本影的平均长度是1377 000km,约为月球本影长度的 35倍。新月时,月本影的平均长度为 374 500km,略小于月地平均距离(384 400km)。所以,月球影子到达地球时,可以是本影的顶端,也可以是其伪本影。
“形影相随”,月球拖着自己的影子绕地球运动。当它来到地球的向太阳一侧,其影子有时会掠过地面。这时,在月影扫过的地区,人们看到太阳被月轮遮蔽,叫做日食。而当月球绕行到地球的背太阳一侧,碰巧也会隐入地球本影。这时,在地球上看来,满月在天空中失去光辉,这便是月食。可以想见,发生月食时,在月球天空中则看到日食;而当地球上发生日食时,在月球的夜空中,明亮的“地盘”上出现一个很小的黑影,可称之为“凌地”。
日月食的种类
日食分三类:日全食、日偏食和日环食,全食和环食又叫中心食。它们的不同,取决于月球影子的哪部分笼罩地面。
我们知道,月球的直径远小于地球。因此,月球本影在任何时候,只能笼罩地面的很小一部分。在这一小块地区看起来,太阳光盘全部被遮掩,这叫日全食。如果当时月球本影不够长,以致同地面接触的,不是月本影而是它的伪本影。那么,在伪本影里所见的太阳,中部被月轮遮蔽,边缘依然光芒四射,这就是日环食。不言而谕,当月球的本影或伪本影落到地面时,其半影必同时到达。于是,在全食或环食地区的四周有一个环形的半影区,在那里看来,太阳部分地被月轮遮蔽,光盘残缺,便是日偏食。这样,在同一时间,中心食和偏食发生在地球上的不同地区;而在同一地区,发生中心食的前后,必伴有偏食阶段。
由于月球绕转地球和地球本身的自转,日食区在地面上移动而形成日食带。日食带的中部是全食(或环食)带,其南北两侧为偏食带。在移动过程中,月球本影的尖端相对于地面的距离在变化着。由于这种变化,有时会出现这样的情形:日食的开始阶段和终了阶段是日环食,而中间阶段发生日全食。这样的一次日食叫全环食。有时候,由于月球影锥的偏离,地面上的日食带全部是偏食带。这样的一次日食,始终是日偏食。
月食分月全食和月偏食两类,没有月环食。月全食和月偏食的不同,取决于月球是否全部或部分隐入地球本影,而不决定于地球上观测地点的不同。当月球全部隐入地球本影时,月轮整个变暗,这是月全食。若月球只是部分地进入地球本影,月轮残缺,是月偏食。自然,在发生月全食前后,必同时伴有月偏食阶段。有时,由于月球偏离地球本影轴心较远,整个月食过程始终是月偏食。无论是发生月全食还是月偏食,全球(夜半球)各地同时看到同类的月食。
与日食的情形不同,月食同地球的半影和伪本影无关。月球进入地球半影时,并不发生“食”,因为半影内能得到部分太阳光辉,它仍照亮整个月面,只是亮度变得稍暗,月轮保持不缺。这种现象叫做半影食,天文台通常不作预告。
至于为什么没有月环食?原因是显而易见的,因为在月球轨道距离处,地本影截面远比月轮大得多。
在上述各类食型中,最为罕见,也是最为壮观和令人谜醉的是日全食。当日全食来临时,天昏地暗,如同黑夜猝然到来,飞鸟归巢,鸡犬进窝,动物都表现出惊恐万状。没有什么现象比太阳昼晦更为令人惊心动魄。历史上最著名的一次日全食(发生在公元前585年5月28日,小亚细亚半岛,即今土耳其),曾戏剧般地(由于惊吓)结束了两个民族部落之间一场持续五年之久的战争,成为战争史上一个有趣的插曲。
日全食还具有重要的科学意义,它是研究太阳的极好时机。我们知道,色球和日冕的亮度都很微弱,平时完全被淹没在阳光里,只有当日全食时,大气散射光的来源被截断,天空暗淡,色球和日冕才显得特别清晰。天文工作者趁此机会,可以拍摄到它们的光谱(这时,它后面没有产生夫琅和费线的光源);而研究色球和日冕,对于探索太阳本身及日地间的物理状态,有着十分重要的意义。例如,被称为“太阳元素”的氦,就是由天文学家在1868年的那次日全食时所摄的色球光谱中发现的,而化学家直到1895年,才从钇铀矿的分析中找到它。当时有人赞叹:天体光谱学竟跑到了化学的前头。氦原子是一种难以“激动”的原子,要使它发出可见光,需要有很高的温度。它的谱线出现在色球光谱中,正说明太阳色球的温度是很高的。一些天文学家还利用这种“千载难逢”的机会,在太阳附近搜索水内行星和近日彗星……。所以,每当发生日全食时,天文工作者们总是携带笨重仪器,不惜长途跋涉,赶往日全食地带进行各个学科的观测和研究。
日月食的过程
日(月)全食的全过程,可以分为三个阶段:偏食—全食—偏食。划分这三个阶段的是四种食相:初亏、食既、生光和复圆。从食既到生光是全食阶段;初亏到食既和从生光到复圆,分别是全食前后的偏食阶段。
月球和太阳都在天球上向东运行。前者以恒星月为周期,速度为每日约13°10′;后者以恒星年为周期,速度为每日约59′。显然,月球运行比太阳要快得多,它以每日约13°10′—59′=12°11′的速度,自西向东追赶太阳和地球本影。这就是说,日食的过程,就是月球在天球上向东赶超太阳、从而遮蔽太阳的过程。因此,日食过程总是在日轮西缘开始,于东缘结束。同理,月食的过程,就是月球在天球上向东赶超地球本影,从而遭遮蔽的过程。因此,月食总是在月轮东缘开始,于西缘结束。
在月球赶超太阳和地影截面的过程中,两个圆面要发生二次外切和内切,分别为上述四种食相。对于日全食来说,这四种食相的含义是:
初亏——月轮东缘同日轮西缘相外切,日偏食开始。
食既——月轮东缘同日轮东缘相内切,日全食开始。
生光——月轮西缘同日轮西缘相内切,日全食终了。
复圆——月轮西缘同日轮东缘相外切,日偏食终了。
对于月全食过程来说,这四种食相的含义是:
初亏——月轮东缘同地本影截面的西缘相外切,月偏食开始。
食既——月轮西缘同地本影截面的西缘相内切,月全食开始。
生光——月轮东缘同地本影截面的东缘相内切,月全食终了。
复圆——月轮西缘同地本影截面的东缘相外切,月偏食终了。
日环食也有以上的食相。但它没有全食阶段,因此,日月两轮虽有二次内切,却没有真正的食既和生光。日偏食和月偏食,无所谓食既和生光,也没有相互内切。
在日食和月食过程中,当月轮中心与日轮或地本影截面中心最接近的瞬间,叫做食甚。食甚时,日轮或月轮被“食”的程度,叫做食分。食分的计算,以日轮和月轮的视直径的单位。例如,0 5的食分,表示日轮和月轮的直径为的50%(并非其面积的一半)被遮蔽。偏食的食分> 0,<1;全食的食分≥l。同一次日食,各地所见食分和见食时间,可以是不同的;但同一次月食,只要能见到全过程,各地所见的食分和见食时间皆相同。
日月食的条件
日食和月食的发生,有一定的条件,弄清这些条件,人们就能推算和预告日月食的发生。它是我国古代天文学的重要组成部分,并且在世界天文史上占有重要的地位。
月球向东赶超太阳的运动,是在二者各自的向西周日运动过程中发生的,具体情况又因纬度、季节和南北半球而不同。
——天赤道向南倾斜,天北极为仰极,可知是在北半球;
——天赤道与地平图交角即为当地余纬,故纬度为45°N;
——太阳周日圈(赤纬)在天赤道以南,故北半球正值冬季;
——日、月正在向西方地平下落;可见时间接近傍晚。
简单地说,日食的条件是,地球位于月球的背日方向(即月影所在的方向),从而位于日月连线的延长线上。月食的条件是,月球位于地球的背日方向(即地影所在的方向),从而位于日地连线的延长线上。为了便于说明,这个总条件可以分为两个具体条件:
——朔望条件:日食必发生在朔,月食必发生在望。在一个朔望月内,只有逢朔的日期,地球才有可能位于月影所在的方向;逢望的日期,月球才有可能位于地影所在的方向。这样,日、月食现象就同月相联系起来。根据这一原理,我国古代就以日食来检验历法。如果日食不发生在初一,那么,历法上的朔望推算肯定成了问题。
——交点条件:日食发生在朔,月食发生在望;但逢朔未必发生日食,逢望未必发生月食。经验告诉我们,大多数的朔望都不发生日、月食。这是因为,白道和黄道之间有5°9′的交角(称黄白交角),而月轮和日轮的视直径都只有05°左右。可见,朔望条件只是日、月食发生的必要条件,而不是充分条件。朔(日月相合)和望(日月相冲)只表明日月的黄经相同或相差180°;而要二者在天球上真正叠合,还须要它们的黄纬相等(或相近)。这就要求月球和太阳同时位于黄白交点或其附近。如果日月相合或相冲而不在黄白交点附近,那么,逢朔时,月球的影锥从地球的南北掠过而不触及地面;望时的月球也从地球影锥的南北越过而不进入地球本影。
概括地说,日食的条件是日月相合于黄白交点或其附近;月食的条件是日月相冲(望)于黄白。
食限和食季
日、月食的发生,要求日月相合(或相冲)于黄白交点或其附近。这个“附近”有一定的限度,它就是食限。就日食而言,在这个限度上,位于白道上的月轮与黄道上的日轮靠近到相互外切,二者中心的角距,就是它们的视半径之和,即约32′。这时,从日轮中心到黄白交点的那段黄道弧长,就叫日食限。我们知道,太阳沿黄道运行,它的位置用黄经表示;以日轮中心与
黄白交点的黄经差来表示日食限,便直接同太阳经历的时间长短相联系。若以日月相冲代替日月相合,并以地本影截面取代日轮,那么,这样的限度便是月食限。日月两轮相切时,自黄白交点至日轮中心的一段黄道弧长,即此刻日轮中心与邻近的黄白交点的黄经差。
食限的大小,决定于黄白交角的大小、月地距离和日地距离的远近。这些因素都是在变化着的:黄白交角变动于4°59′-5°18′;月地距离变动于363 300km(近地点)与405 500km(远地点)之间;日地距离变动于 147 100 000km(近日点)与 152 100 000km(远日点)之间。因此,日食限和月食限的大小也是在变化着的。这里,我们无法说明它们的具体大小,只能说明它们的一般变化规律:
一次日全食的过程可以包括以下五个时期:初亏、食既、食甚、生光、复圆。
初亏
由于月亮自西向东绕地球运转,所以日食总是在太阳圆面的西边缘开始的。当月亮的东边缘刚接触到太阳圆面的瞬间(即月面的东边缘与月面的西边缘相外切的时刻),称为初亏。初亏也就是日食过程开始的时刻。
食既
从初亏开始,就是偏食阶段了。月亮继续往东运行,太阳圆面被月亮遮掩的部分逐渐增大,阳光的强度与热度显著下降。当月面的东边缘与日面的东边缘相内切时,称为食既。此时整个太阳圆面被遮住,因此,食既也就是日全食开始的时刻。
在太阳将要被月亮完全挡住时,在日面的东边缘会突然出现一弧像钻石似的光芒,好像钻石戒指上引人注目的闪耀光芒,这就是钻石环,同时在瞬间形成为一串发光的亮点,像一串光辉夺目的珍珠高高地悬挂在漆黑的天空中,这种现象叫做珍珠食,英国天文学家倍利最早描述了这种现象,因此又称为倍利珠。这是由于月球表面有许多崎岖不平的山峰,当阳光照射到月球边缘时,就形成了倍利珠现象。倍利珠出现的时间很短,通常只有一二秒钟,紧接着太阳光就全部被遮盖住而发生日全食了。
日全食时,大地变得昏暗,兽惊归巢穴。这时天空中就会出现一番奇妙的景色:明亮的星星出来了,在原来太阳所在的位置上,只见暗黑的月轮,在它的周围呈现出一圈美丽的、淡红色的光辉,这就是太阳的色球层;在色球层的外面还弥漫着一片银白色或淡蓝色的光芒,这就是太阳外层的大气—日冕;在淡红色色球的某些地区,还可以看到一些向上喷发的像火焰似的云雾,这就是日珥。日珥是色球层上部气体猛烈运动所形成的气体“喷泉”。色球层、日饵、日冕都是太阳外层大气的组成部分,平时在一定的条件下也可以观测到,但在日全食时,这些现象可以看得特别清楚。
食甚
食既以后,月轮继续东移,当月轮中心和日面中心相距最近时,就达到食甚。对日偏食来说,食甚是太阳被月亮遮去最多的时刻。
生光
月亮继续往东移动,当月面的西边缘和日面的西边缘相内切的瞬间,称为生光,它是日全食结束的时刻。在生光将发生之前,钻石环、倍利珠的现象又会出现在太阳的西边缘,但也是很快就会消失。接着在太阳西边缘又射出一线刺眼的光芒,原来在日全食时可以看到的色球层、日珥、日冕等现象迅即隐没在阳光之中,星星也消失了,阳光重新普照大地。
复圆
生光之后,月面继续移离日面,太阳被遮蔽的部分逐渐减少,当月面的西边缘与日面的东边缘相切的刹那,称为复圆。这时太阳又呈现出圆盘形状,整个日全食过程就宣告结束了。
日偏食的过程和日全食过程大致相同,由于它只发生偏食,因此就只有初亏、食甚和复圆,而没有食既和生光这两个阶段。日环食则同样有初亏、食既、食甚、生光和复圆等阶段。
天文台对日全食或日环食进行预报时,往往要把这五个阶段的时间报告出来。人们根据这些报告就可以了解整个日食的过程,并进行观测。至于日偏食,天文台在预报时,当然就只给出初亏、食甚和复圆这三个时刻。
我们在日食的预报中,常常还可以看到“食分”这样一个词,它是用来表示日食的程度。对于日食而言,食分并不表示太阳圆面被遮俺的面积,而是表示日面直径的被遮部分与太阳直径的比值。以太阳的直径作为1,如果食分为05,这就表示太阳的直径被遮去了一半;如果食分为1,那就是太阳的整个圆面被遮住,那就是日全食。很显然,食分越大,日面被遮掩的程度就越大。日偏食的食分是小于10的,日全食的食分是10。
食带
月影扫过的地方。日食的时间长短,同月球影锥在地面上移动的速度以及地球的自转方向有关。以日全食来说,由于月球的视直径仅略大于太阳,同时月影在地面移动速度很快,因此日全食的时间是很短暂的。在全食带的某个地点所看到的日全食时间通常只有两三分钟,最多不超过7分钟。如果全食带经过赤道附近地区,日全食时间就可延续到7分40秒,这时是观测日全食的最好机会。
在发生日环食时,月亮总是位于远地点附近,这时月亮运行的速度较慢,因此日环食的时间比较长,如果日环食发生在赤道附近,那么在赤道附近观测日环食的时间可长达12分42秒。
就全球范围来说,如果把月亮半影开始遮掩日面的时间计算在内,日食时间的长度由初亏至复圆的整个过程可长达三个半小时。
日偏食的时候,由于月影范围大于其本影,食相经过的时间长短要视食分的大小而定,食分愈大,时间也就愈长。
由于月亮的影锥又细又长,所以当它落到地球表面时,所占的面积很小,至多不会超过地球总面积的万分之一,它的直径最大也只有二百六十多千米。当月球绕地球转动时,影锥就在地面上自西向东扫过一段比较长的地带,在月影扫过的地带,就都可以看见日食。所以这条带就叫做“日食带”。带内发生日全食的,就叫全食带;带内发生日环食的,就叫环食带。可以看到偏食的范围很广阔,已经不像一条带子,而是很大的一片地区。
全食带是一条宽度不过二三百千米,长约数千到10000千米的狭窄路径(有时全食带的宽度甚至只有几千米),只有在全食带扫过的地区才能看见日全食或日环食的发生。全食带的两旁是较广阔的半影扫过的地区,在这些地区内可见偏食。离全食带愈近的偏食区,所见偏食程度愈大;离带愈远,可见偏食程度愈小;半影区以外的地方是看不见日食的。
由于月球是由西向东运行,所以它的影子也是沿同一方向运行,因此各地看到日食的时间是不同的。当地面上的西部地区已经处在黑影区域内,这一地区的人已经看到日食时,东部地区的人却不能同时看到日食,得在月影向东移来后才能看到日食。所以,西部地区的人总是比东部地区的人先看到日食。
日食每年都有发生,但由于全食带是一条狭窄的影带,据估计,平均每200~300年,某一地区或城市才有机会被全食带扫过,所以,对住在一个城市的人来说,一生可能未看到过一次日全食。
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