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日食

来源:中文百科专业版 浏览: 发布时间:2020-06-22

日食拼音:rì shí;英语:solar eclipse),太阳月球(俗称月亮)或其黑影全部或部分遮掩时产生的天象。月球在绕地球运动的过程中,有时会走到地球和太阳的中间,在地球上投上影子,位于月影中的地面观测者就会看到太阳被月球遮挡,天空中的亮度变暗,甚至白天也可见到点点繁星,这就是日食。日食主要有日全食日偏食日环食3类。由于太阳的直径比月球直径大400倍,因此月球的影子实际上是一个影锥,通常称为本影,本影中的观测者都见不到太阳,可见到日全食。在本影周围有庞大的半影区,区内的观测者只能见到不同程度的日偏食,离本影越近,见到的偏食程度越大。同时,因为月球的轨道是椭圆形,而且偏心率较大,有时月球影锥的顶点不能达到地面,这时地面上某些地区可以看到日环食

中国古代日食记录,最早的一次是《尚书·胤征》记载的“乃季秋月朔,辰弗集于房……”《诗经·小雅》记载“十月之交,朔日辛卯,日有食之……”这是周幽王六年十月朔,即公元前776年9月6日的日食。《春秋》一书记载有日食37次,除极少数几次还待考证外,已证明绝大多数都是正确可靠的。如不计甲骨文中的记载,从古代到清朝,史书中共有一千多次日食记录。

发生原因

太阳发光,月球不发光。月球是依靠反射太阳光而呈银白色的。月球绕地球公转,而地球又带着绕它公转的月球一起绕太阳公转(下图)。

地球和月球的运动 图示

太阳的直径约为1 400 000千米,大致是月球直径3 500千米的400倍。但月球离地球的平均距离仅约380 000千米,又大致是日地平均距离约150 000 000千米的四百分之一。因此太阳的视角径(日轮)与月球视角径(月轮)几乎是一样大小,都是约32角分(32′)。由于月球公转轨道和地球公转轨道都是椭圆(地球和太阳分别位于月轨椭圆和地轨椭圆的焦点上),日地距离和月地距离会略有变化,使得月轮有时会略大于日轮,有时会略小于日轮。当月球运动到日地之间,即从地球上看月球和太阳在同一方向时(三者不一定在一直线上),地球上看到的是月球未被太阳照亮的半球,也就是看不见的黑月亮,称为新月,也称为朔,对应于农历初一。当月球运动到太阳的相反方向,即地球处在日月之间时(三者也不一定在一直线上),看到的是月球被太阳照亮的半球,就是满月,也称为望,对应于农历十五或十六。如果地球绕太阳的轨道和月球绕地球的轨道在同一平面上,则每逢农历初一月球走到日地之间时三者处在同一直线上,就会发生地球上看到月球遮挡太阳的日食现象。但实际上地轨和月轨并非在同一平面上,而是相互倾斜成5°9′的交角。因此一般情况下,在朔日,日月地三者并不在一直线上,不会发生月球遮挡太阳的日食现象。只有当月球在自己的轨道上运行到地球轨道平面附近时,才会出现日月地三者正好或近于在一直线上,发生月轮遮蔽日轮的日食现象。这就是为什么日食总是发生在农历初一,但并非每逢农历初一都有日食的道理。

日食种类

日食可分为日偏食日全食日环食3种。发生3种不同类型的日食,与月球的影子结构和日食时地球在月影中的位置有关。下图中月球的影子有三种区域:由月球直接伸展出去的锥形暗区是月亮的本影区;由本影延长线构成的锥形暗区称为伪本影区;本影和伪本影周围的斜线区就是半影区。

日食的类型 图示

2017年8月,在哥伦比亚波哥特观测到的日偏食。

2010年7月11日,属波利尼西亚的土阿莫土群岛上拍摄到的日全食。

2020年6月21日,在厦门演武大桥观景平台,巴德膜滤镜下拍摄的日环食。新华社发(王毅 摄)

若某次日食时,仅是月球的半影区落在地面上,该地区只能看到日轮的一部分缺失,就是日偏食

若某次日食时月亮的本影落到地面上(相当于月地距离较近和月轮略大于日轮的情况),则处在本影区将看到整个日轮被遮,就是发生了日全食

若某次日食时只有月亮的伪本影到达地球(相当于月地距离较远和月轮略小于日轮的情况),则处在伪本影区将会看到只有日轮的中央部分暗黑,这就是日环食

日全食和日环食合称为中心食。

日食过程

随着月亮的公转运动和地球自转,月亮的影子将会在地面上扫过一大片区域。其中本影或伪本影扫出的地带非常狭窄,宽度只有几十至几百千米,长度则可达几千至上万千米,它们分别称为全食带或环食带。处在全食带或环食带地区就将会先后看到日全食或日环食。而在全食带或环食带两边地区显然就是月球半影扫过的地区,这些地区就只能看到日偏食。月球自西向东运动,地面上的月影也是自西向东移动,因此总是西部地区比东部先看到日食。月球自西向东运动的另一结果就是,日轮总是从西边缘开始被月轮遮蔽,然后向东扩大,在东边缘结束日食。

日食的全过程及各阶段 图示

日全食,可分为5个阶段。其中食既至生光为日全食时间,一般为2~3分钟,最长7分多钟,最短只有几秒钟。

日环食,也分为5个阶段,其中环食始至环食终为日环食时间。日偏食只有初亏、食甚和复圆3个阶段。

对于日全食和日环食,月轮直径与日轮直径之比称为食分。日全食的食分大于1,日环食的食分小于1。

对于日偏食,食分则指食甚时日轮直径被遮部分占日轮直径的分数,它总是小于1。

当月轮即将完全遮挡日轮,亦即食既之前的瞬间,日轮的东边缘仅剩一丝亮弧时,会在亮弧上出现几颗如珍珠般闪亮的光点,这是太阳光通过月球边缘的一些环形山凹地涌出的结果。英国天文学家贝利首先解释了这一现象,因而也称贝利珠。较大的光点光芒四射,更像钻石镶嵌在亮弧上,常称为钻石环。随即食既开始,“星夜”降临,天空中闪现出星星,而黑色的月轮周围显现出太阳的高层大气——红色的色球和银白色的日冕,十分绚丽多彩。而在生光之后,亦即日轮重新露出的瞬间,还会在日轮西边缘看到贝利珠和钻石环,随即消失并露出较多的日轮,天空变亮,日全食结束。日环食时天空变暗不明显,但天空中高悬着一圈金色的圆环也是很奇特的罕见天象。

2019年智利日全食的贝丽珠奇观。

频繁度

天文学家的计算表明,平均每个世纪可出现67.2次日全食、82.2次日环食和82.5次日偏食。由于日全食带和环食带非常狭窄,每次日食时只占据地球表面积的极少部分,有时还位于海洋或人口稀少或难以到达的地区,因此看到日全食和日环食的机会很少。对于某一具体地区来说,平均每300多年才能看到一次日全食或日环食。与此相反,日食时月亮半影扫过的地区面积(就是偏食带)很大,日全食和日环食时,全食带和环食带两边的地区也在月亮半影中可看到日偏食。因此看到日偏食的机会相当多,对于一个地区而言,平均每3年可看到一次日偏食。

日食现象不仅有观赏价值,还具有科研价值,主要是提供了研究太阳高层大气的有利时机。

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