日全食
日全食成因
日食,又作日蚀,是一种天文现象,只在月球运行至太阳与地球之间时发生。这时,对地球上的部分地区来说,月球位于地球前方,因此来自太阳的部分或全部光线被挡住,所以看起来好像是太阳的一部分或全部消失了。日食只在朔,即月球与太阳呈现合的状态时发生。
2009年长江流域日全食观测位置图日食是相当罕见的现象,在四种日食中较罕见的是日全食,因为唯有在月球的本影投影在地球表面时,在该区域的人才能够观测到日食。日全食是一种相当壮丽的自然景象,所以时常吸引许多游客特地到海外去观赏日全食的景象。例如,在1999年发生在欧洲的日全食,吸引了非常多观光客特地前去观赏,也有旅行社推出专门为这些游客设计的行程。
古时,人类缺乏天文学知识,以为日食是肇因于天狗食日,或象征灾难的降临,而在日食时举行仪式。但在现代社会中,日食的这层意义已逐渐为人们所抛弃。
上一次发生在中国的日全食发生于2009年7月22日,而下一次将会于2035年9月2日在我国北方发生,时长1分29秒。
世界范围内下次日全食将于2010年7月11日在智利复活节岛附近出现
日食和月食的“季节”。日食一定发生在朔,即农历初一当日。此时月球位于地球和太阳之间,但因太阳轨道(黄道)与月球轨道(白道)成5°9交角,故并非每次朔日皆有日食发生,而日食发生时,日月两者皆一定在“黄白交点”(升交点或降交点)附近。
日、月食的发生必须是新月和满月出现在黄白交点的一定界限之内,这个界限就叫做“食限”。计算表明,对日食而言,如果新月在黄道和白道的交点附近18度左右的范围内,就可能发生日食;如果新月在黄道和白道的交点附近16度左右的范围内,则一定有日食发生。
对月食而言,如果望月在黄道和白道的交点附近12度左右的范围内,就可能发生月食;如果望月在黄道和白道的交点附近10度左右的范围内,则一定有月食发生。
由于黄道和白道的交点有两个,这两个交点相距180度,所以一年之中有两段时间可能发生日食和月食,这两段时间都称为“食季”,它们相距半年。
太阳每天在黄道上向东移动约1度,由于日食的食限为18度左右的范围,太阳从黄道和白道交点以西的18度运行到黄道和白道交点以东的18度,大约需要36天,也就是说日食的每一个食季为36天。对于月食而言,它的食限为12度左右,因此月食的每一个食季就只有24天。
[编辑本段]一年之中有几次
日食的一个食季是36天,这个天数比一个朔望月的平均长度29.53还要长。因此在一个日食的食季内必定会发生一次日食,也可能发生两次日食。一年之中有两个日食食季,所以在一年之内至少有两次日食发生,也可能有四次日食发生(如果每个食季中都包含两个朔日的话)。
2009·7·22·日全食纪念日
日全食
月食的一个食季为24天,这个天数比一个朔望月的平均天数29.53天还要短。因此在月食的一个食季内可能包含一个望月,也可能没有望月在内,也就是说,在这个食季内可能有一次月食发生,也可能连一次月食也不会发生。一年之中月食的食季也是有两个;”所以在一年之中,可能有两次月食发生,也可能连一次月食也不会发生。
一年之中,日、月食的次数最多时可以达到六次,即四次日食和两次月食.但是实际上有时候一年之中的日、月食次数可以多达七次,即五次日食和两次月食,或者是四次日食和三次月食。如1935年就曾发生过五次日食和两次月食,将来的2160年也会是这样;1917年和1982年就曾发生过四次日食和三次月食。那么,为什么一年之内的日、月食会多达七次呢?
这是由于在太阳的引力作用下,黄道和白道的交点会不断地沿着黄道从东向西移动,每年约移动20度,这个方向与太阳沿黄道运行的方向相反,因此太阳在黄道上连续两次通过同一交点所经历的时间间隔(这个间隔叫“食年”)比一年(365.2422天)要短,只有346.62天,要约少19天。这样就会产生两种情况:一种情况是一年365.2422天之内,包含了两个完整的食季和一个不完整的食季。比方说第一个食季开始1月初,那么经过346.62天一个食年之后,第三个食季就会在同一年的12月中旬开始,在这种情况下就可能发生五次日食和两次月食;另一种情况是一年365.2422天之内,包含了两个不完整的食季(一个在年头,一个在年尾)和一个完整的食季,在这种情况下就可能发生四次日食和三次月食。日全食
并不是所有的日食现象都能称作日全食,其中全环食最容易被误认作日全食:
日偏食:中国史书上称“日有食之,不尽如勾”,造成日偏食的原因是因为观测者落在月球的半影区中,观测者会看见一部分的太阳被月球的阴影遮盖,但另一部分仍继续发光。太阳和月球只有部分重合,依据两者中心的视距离远近(太阳被月球遮盖的最大直径)来衡量食的大小。通常日偏食是伴随着其他食相发生,如日全食。但某些日食只可能是日偏食(不伴随其他食相),因为月球与地球的距离太远,只有半影碰到地球表面。
日环食:当月球处于远地点时,月球的本影锥不能到达地球;到达地球的是由本影锥延长出的伪本影锥。此时月球的视直径略小于太阳。因此,这时太阳边缘的光球仍可见,形成一环绕在月球阴影周围的亮环。(在环食区之外,所见的食相是偏食)
全环食:全环食只发生在地球表面与月球本影尖端非常接近,或月球与地球表面的距离和月本影的长度很接近的情形下。由于地球为球体之关系,而本影影锥接触地球时为日全食(常为在食带中间),在食带两端由于影锥未能接触地球,致只能有伪本影到达地球之下,所看到的是日环食。所以,当全环食发生时,随着地月之间的相对运动,会先后出现环食→全食→环食。全环食发生机率甚少,最近的一次在2005年4月8日。
[编辑本段]一年中日、月食可能发生的次数归纳
一年中日、月食最少有两次,而且这两次都是日食;
一年中可能一次月食都不会发生(如1980年);
一年中日、月食最多可以有七次:五次日食和两次月食(例如1935年),或者是四次日食和三次月食(例如1917年和 1982年)。
一般说来,最常见的情况是一年中有四次日、月食:两次日食和两次月食。
上面这些情况只是对全地球来说的。至于对地球的某个地点而言,一年内能看到日、月食的机会就要少得多。
另外,从上面的数字来看,一年中日食发生的次数比月食发生的次数多,但实际上人们却往往看到月食的次数比看到日食的次数多。这是由于月食发生时,背着太阳的那半个地球上的人都可以看到;而在日食发生时,月亮的影锥只扫过地球上一个狭窄的地带,只有在这部分地区的人才能看到日食。1961年3月2日夜里发生的月食,在我国、整个亚洲以及欧洲地区都可以看到。而1968年9月22日发生的日全食,在我国只有新疆的部分地区可以看到全食,在北京只能看到日偏食,而在上海,什么也看不到。
[编辑本段]20世纪(1901-2000)发生的日食的次数
种类 次数
日偏食 78
日环食 73
日全食 71
混合食 7
总计 229
[编辑本段]日食和月食的周期性
由于地球绕太阳和月亮绕地球的公转运动都有一定的规律,因此日食和月食的发生也具有其循环的周期性。
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6585.3天(223×29.530588),即18年零11.3天,如果在这段时间内有5个闰年,那就是18年零10.3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3986.6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”。
此外,人们还发现日、月食还有其他的循环周期。比如以358个朔望月为周期的纽康周期(合29年少20日),以235个朔望月为周期的米顿周期(合19年)等等,但这些周期都是非常粗略的,只能粗略地推算出日、月食发生的日期,并不能确定日、月食发生的准确时刻,食分的大小和见食的地区。准确的日、月食发生的时间以及交食情况,需要经过专门的严格推算,这已经是属于相当专门的历书天文学中“食论”的研究范围了。我国紫金山天文台就担负着日、月食预报的工作。
[编辑本段]日全食基本知识
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。
1 .日食发生规律
每年日食最多出现5次,如果出现5次,那么一定都是偏食。地球上每年至少有2次日食。在南北极地区只能看到日偏食。日全食大约1年半发生一次。每次日食都是在日出时从某一点开始,然后沿着日食带在日没时结束。从开始点到结束点大约绕地球半圈。日食一定发生在朔,即农历初一当日。此时月球位于地球和太阳之间,但因太阳轨道(黄道)与月球轨道(白道)成5°9′交角,故并非每次朔日皆有日食发生,而日食发生时,日月两者皆一定在“黄白交点”(升交点或降交点)附近发生。
2 .沙罗周期
同样的日食(全食、环食和偏食)每18年零11天或者6,585.32天(沙罗周期)会发生一次,但能观测得到的地区并不一样,只是日食时间一样而已,并且日食类型也不一定一样。因为沙罗周期的长度是6,585.32天,并不是整数,所以,如果在地球同一个地点再出现一次日食(并不一定是同一类型日食),要等待3个沙罗期。在每次日食发生后的三分之一个沙罗周期会发生下一次日食,在3个沙罗期大约54年零33天之后,日食会在同一个地区重新出现。现在有12个不同的大沙罗周期出现,一个出现在1937,1955,1973,1991和2009(中国长江流域、武汉、杭州)的连续的大约7.5分钟的日食。
3. 日食带即月球影子
日食带(月球影子)在赤道地区每小时移动约1,100英里,两极则达到每小时5,000英里。最宽的日全食带为167英里。在日全食经过的地区,可以看到偏食的范围最高达3,000英里。日全食带一般经过的地区是在海洋或荒无人烟的地方。
4 .日食原理
日食是月球运动到太阳和地球中间,如果三者正好处在一条直线时,月球就会挡住太阳射向地球的光,月球身后的黑影正好落到地球上,这时发生日食现象。在地球上月影里的人们开始看到阳光逐渐减弱,太阳面被圆的黑影遮住,天色转暗,全部遮住时,天空中可以看到最亮的恒星和行星,几分钟后,从月球黑影边缘逐渐露出阳光,开始生光、复圆。
[编辑本段]日全食的意义价值
日全食之所以受重视,更主要的原因是它的天文观测价值巨大。科学史上有许多重大的天文学和物理学发现是利用日全食的机会做出的,而且只有通过这种机会才行。最著名的例子是1919年的 一次日全食,证实了爱因斯坦广义相对论的正确性。爱因斯坦1915年发表了在当时看来是极其难懂、也极 其难以置信的广义相对论,这种理论预言光线在巨大的引力场中会拐弯。人类能接触到的最强的引力 场就是太阳,可是太阳本身发出很强的光,远处的微弱星光在经过太阳附近时是不是拐弯了,根本看不出来。但如果发生日全食,挡住太阳光,就可以测量出来光线拐没拐弯、拐了多大的弯。机会在1919年出现 了,但全食带在南大西洋上,很遥远,也很艰苦。英国天文学家爱丁顿带着一支热情和好奇心极强的观测 队出发了。观测结果与爱因斯坦事先计算的结果十分吻合,从此相对论得到世人的承认。
在中国,前两次日全食都只能在边远地区看到。一次是在1980年,只有中缅边境云南瑞丽地区可见,另一次是在1997年春节之后,在中俄边境、中国的最北端漠河可见。那次笔者是奉了报社之命前去采访的,同时也了却自己少年时的梦想。那次的观测规模之大,出乎想象,世界各国的天文学家和天 文爱好者,把个平时人迹罕至的北疆小镇挤得比过年还热闹,由于人数大大超出小镇的接待能力,人们只能宿营在火车和汽车上。当时那里还是冬天,白天气温零下25摄氏度左右,夜里能到零下40摄氏度,滴水 成冰,人们连洗脸漱口的水都找不到。尽管如此,观测者们没有一个后悔的,没有一个不兴奋异常的,都 把亲眼看到日全食,当成人生中不可多得的珍贵记忆。日全食之类的天文现象,要说与人们的日常生活、 吃喝拉撒,确实是没有什么直接关系。但是,它代表了一种终极的人文关怀,代表了一种对大自然的极度 热爱,代表了对支配万事万物的自然铁律的一种永恒的好奇和敬畏,一个国家、一个民族,不能缺少这些 关怀、这些热爱、这些好奇和这些敬畏。
即将于2009年7月22日来临的日全食,正在成为社会和媒体瞩目的焦点。而在关注最佳观测点、观测设备等消息时,您是否也知道日全食一些最基本的知识?请关注——
“天赐良机,勿失‘天机’。”7月22日,对于我国500年一遇的观测日全食的良好“天机”,国内天文学家们都如此感叹。这是本世纪最壮观的日全食,其掩食带之宽、时间之长、经过地区人口之多,实属罕见。 然而在关注最佳观测点、观测设备等消息时,您是否也知道日全食最基本的一些知识?
为什么日全食总是在不同地方出现?
此次日全食的可观测范围,涵盖了我国长江中下游和南亚各国的许多大中城市及人口稠密地带。而2008年8月1日的上一次日全食,在我国的合适观测带却只有少数西北偏远地区。 众所周知,日食是因为月球挡住了太阳的光芒。日食发生时,被月球挡住阳光的区域在月地之间形成一个阴影“圆锥”,地球表面擦过它的部分才能看到日全食。由于日月轨道所限,地表能切到“圆锥”的最大截面,直径也不到270千米,随着地球自转扫过狭窄的一条能看到日全食的地带。每次日全食发生时日、地、月三者的相对位置和角度不同,月影“圆锥”也就扫在地球上的不同地点。 虽然日全食并不像彗星、流星雨那样周期动辄千百年,但对某一地区而言,眼下媒体商家大力渲染的“数百年一遇”并不夸张。
为什么每次观测范围和持续时间都不一样?
7月22日的日全食将持续6分39秒(在我国境内最长5分55秒),我国能看到日全食的地带宽约250千米,将是本世纪我国境内持续时间最长、涉及人口最多的一次。 月球绕地和地球绕日的公转轨道都是椭圆形,地月、日地距离也总是不断变化。太阳直径约是月球的400倍,因此只有日月轨道“相会”且日地距离至少达到日月距离400倍时月球才能完全遮挡太阳直射地球的光芒,形成日全食。此次日全食来临时,太阳位于远地点附近,月球则刚通过近地点,月球阴影在地球上扫过的区域也较宽。而地球表面八成以上都是海洋和人烟稀少的地区,此次月影扫过人口稠密地带实属难得。 月球绕地的公转角速度远高于地球绕日,因此月影在地球表面的移动速度很快,在赤道地区约1800千米/时,到两极附近高达8000千米/时,因此发生在赤道的日全食最高可持续7分钟40秒左右,而在中高纬度地区则只有几分钟,到两极则完全看不到日全食。
为什么日全食比月全食似乎更少见?
根据邯郸杰出历史文化学者、青年词曲作家申宝峰长期考究汉朝古墓中的日食记得出:各民族对日全食有着如天狗吃日、狼逐日等等不同的解释,并有其各自解决的方法。 中国古时候,民间是以 敲锣打鼓的方式来对付;由于日全食的时间通常很短(至多七分半钟) ,所以在人们敲敲打打后,太阳可能就会马上重现,因而免除了人们的惊慌。 中国对日食的记载很早,在汉朝的墓中就挖出许多石头,这些石头上刻画了很多日月星辰的图形,其中一个画有「日月合璧」 ,亦即太阳与月亮叠在一起,这就是当时的日食记录。中国人对日食的科学解释为阴侵阳,中国很早就知道视为「阴」的月亮,遮蔽了视为「阳」的太阳,而造成日食现象。 古时候有「月盈则食」的说法 ,意指月食现象发生都是在满月之时。 日食发生时,中国古代朝廷也会有所行动;中国人认为天代表大自然,太阳在大自然里有着最崇高的地位,皇帝称为天子,则意指其为上天派来管理人民的。既然天代表皇帝的父亲,它会透过太阳表面上的现象来警告其地上的代理人--皇帝,明示他做错什么事情、有什 么事情要小心等等;于是,透过各种征兆呈现出来,日食就是一个常被利用的状况。根据古书避镇殿记载,汉朝每当发生日食时,皇帝就不到大殿做早朝,而到偏殿旁的小殿进行早朝,并且一切从简。
就全球发生次数而言,一年内的日食其实比月食更多。从地球上看,太阳和月球各自运行的轨迹每隔半年会有一次“相交”,可能发生日食的时间段(日食季)还比发生月食的时间段(月食季)更长。一年内可能一次月食都没有,日食却必有两到五次,全球范围内日全食平均每1.5年也会有一次。然而月食一旦发生,处在黑夜中的半个地球都能看到,月全食长达几十分钟乃至几小时,可观测范围和持续时间远大于日全食,所以在同一地点被看到的几率更高。
为什么在同一地区,每两次日全食的间隔时间并不一致?
此次作为最佳观测区域的我国长江中下游,上一次日全食是在434年前的1575年,而下一次将在300年后的2309年。古代天文观测者曾总结出,在同一地点223个月相变化周期和太阳19次经过日月轨道交点的时间基本一致,形成一个长约18年的周期,此后人们又提出了其他更完善的周期。由于观测原因对日月变化周期只能以整数计算,但这两者的长度并不完全相等。加之地球自转的影响,相隔一个周期的两次日食往往不会发生在相同地点,也不一定都是日全食或日偏食,日全食回到同一地点所需要的时间就更不固定了。不过,天文学家通过严格的
推算,仍可以准确预测某地下一次出现日全食的时间。
日全食持续期间内,可能会对地面产生哪些影响?
与阴雨天云层遮住太阳不同,日全食发生时随着月球遮挡住太阳辐射,大气层高处的电离层也会发生一些相应变化。这暂时会对信号需经过电离层反射的无线电中波、短波通信造成一定干扰,使用超短波的调频广播、手机、无线上网等则不受影响。不过,对整个地球磁场而言,这种影响还是微小的。 另外,2008年8月1日的日全食,新疆伊吾观测点的气温下降了8摄氏度左右,许多观测者也感到身边一下子变凉了。此次日食主要出现在长江中下游这样夏季市区昼夜温差一般不超过5摄氏度的地方,又是在升温期间的上午发生,日食造成的降温不会很大。
为什么日全食发生时的几分钟内,可以用肉眼直视太阳?
除了太阳完全被月球遮住的全食几分钟,用肉眼可以直接观赏日全食外,其余时间切不可用肉眼直接观测太阳,更不可用缺少太阳专门滤光片的望远镜观看太阳。在达到全食的几分钟期间,太阳最明亮的光球层被完全遮蔽,此时可直接用肉眼或望远镜观测太阳,并欣赏天空中展露出的日冕和繁星。 相机或摄像机此时也应摘下滤光片,否则只会拍到一团漆黑。但全食持续时间非常短,很快会回到偏食状态,即便只露出一小部分的光球也足以亮到伤害人眼及摄影器械。因此在观测时仍需事先准备好日食观测眼镜、镜头滤光片等,并把握好全食出现的时间。
为什么说不看日全食是“终身遗憾”?
许多亲身观赏过日全食的人都认为,亲眼目睹天空变黑、红日当空变成满天星斗的奇观,这种现场的震撼是任何照片、影像都难以替代的。贝利珠、日冕、日珥等平时难得一见的景象,更是令天文爱好者们着迷,平时对天文不感兴趣的普通人也会平添几分好奇。 住在长江中下游、能在家门口观赏日全食固然是人生奇遇,而对我国北方和岭南许多此次无缘前去一睹日全食风采的人来说,如果确实对此有浓厚兴趣和出外旅游的条件,也可以加入日食“全球追踪者”的行列,平均一年半一次的等待也不算长。
[编辑本段]日全食的历史
1:中国观测日食历史悠久,早在公元前1948年就有人观测到了日食。中国在公元前2300多年前就有了当时最先进的天文观象台。中国历来重视日食的预报,据说夏代一位天文官因沉湎酒色,漏报日食,被砍首以警示玩忽职守者。 中国有世界上最早、最完整、最丰富的日食记录。光是古书(至清代)的 史料(不包括甲骨文),就有1000多次日食记录。最早是《尚书》记载的发生在公元前1948年的一次日食。《诗经》中更是详细记载了发生在公元前776年9月6日的日食:“十月之交,朔日辛卯,日有食之。” 世界天文学家普遍承认中国古代日食记录的可信程度最高,为世人留下了珍贵的科学文化遗产。中国古代夏、商、周时期因历史久远,缺乏精确的文字记录,因此难以精确地断代,而日食天象就像是一座相当精确的历史时钟,可以帮助确定一些历史事件的时间。
2:古代西方一次日食中止一场战争,西洋最有名的故事记载是在西元前585年。米提斯与利比亚两族打仗,打到一半时 忽然间太阳消失不见了,两族族人害怕灾祸的到来,终于达成美好的结果- -两族讲和通婚。对于日食现象的看法,除了大溪地人把日食当成正面意义外,其他的国 家都将他作 负面的解释。譬如西元前六百多年,雅典攻打某族时,因为发生食相而害怕不敢继续前进,就因为延迟了进攻,反倒让敌方趁这段时间有了准备,结果当雅典军队进攻敌方时,反而被打败了。
[编辑本段]日全食的未来预测
1:中国进入日食高发期未来4年可赏3次日食:中国将迎来本世纪第一次日全食。未来4 年,中国公众还可欣赏到3次罕见的日食天象,其中一次为日全食,两次为日环食。天文专家表示,在5年时间集中出现如此多的日食天象是百年罕见的。 天津市天文学会理事赵之珩介绍说,自上世纪80年代 以来,中国曾经发生过两次有利于观测的日全食,一次是1980年发生在昆明、贵阳等西南城市;一次是 1997年发生在漠河地区。“今明两年的日全食天象,无论是全食带的范围,还是全食发生的时间,都有 利于中国公众观测,只要天公作美,公众将能一饱眼福。”赵之珩说。除2008年8月1日这次日全食外,2009年7月22日,中国还将发生一次更为壮观的日全食,全食带横扫中国中部的长江流域。届时, 中国的拉萨、成都、上海等40多个城市都能观赏到这次日全食。与8月1日的日全食相比,此次日全食发生 的范围更广,持续时间也更长,将达到5分钟至6分钟,这种状况可谓百年难遇。除了这两次日全食天象外 ,2010年1月15日还将发生日环食,云南、四川、湖北、安徽等地公众可一睹日环食风采。2012年5月21日 ,日环食天象再次上演,广西、广东、福建、香港和澳门等地公众可欣赏。天文专家表示,在5年时间集 中出现如此多的日食天象是百年罕见的。
2:2008全国主要城市日食预报时间和见食情况:2008年八月一日,中国境内自新疆阿勒泰经哈密、酒泉、西安至郑州一线出现日全食,开始时间为北京时间十八时二十分左右,持续时间约两分钟。这是二十一世纪首次发生在中国境内的日全食天象。日食带及月球影子
日食带(月球影子)在赤道地区每小时移动约1,100英里,两极则达到每小时5,000英里。最宽的日全食带为167英里。在日全食经过的地区,可以看到偏食的范围最高达3,000英里。日全食带一般经过的地区是在海洋或荒无人烟的地方。
[编辑本段]日全食发生的原理
发生日全食是因为太阳靠近月球轨道与地球轨道的一个交点,而同时月球在距此点的最远的点上。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。