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科学解释日全食【文图】

(2009-07-22 10:33:29)
标签:

科学解释日全食

陈刚

一米阳光

瑞尼亚

женя

杂谈

分类: 经典图片

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,月球位于太阳前方,因此来自太阳的部分或全部光线被挡住,因此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。

 
1998年8月11日日全食

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。

上一次日全食发生于2008年8月1日,而下一次的日全食将会于2009年7月22日发生。

原理

 
日食成因

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时,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。

日食的种类
 
日环食日食可以分为四类:

日全食:太阳光球完全被月亮遮住,原本明亮的太阳圆盘被黑色的月球阴影遮盖。然而,也只有在日全食发生时才可能用肉眼观测到模糊的日冕。日全食只在月球位于近地点时发生,此时月球的本影锥长度较月地之间距离长,本影锥才能扫到地球表面。由于太阳的实际体积比月球大很多,所以日全食通常只能在地球上一块非常小的区域见到,因为月亮的本影对太阳来说只是一个小点。(在全食区之外,所见的食相是偏食)

 
日食

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) 
 

 
日环食

日全环食的成因全环食: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。

地球与太阳的距离约是地球与月球距离的四百倍,且太阳的大小也约是月亮的四百倍。在理论上,由于这两个比例相当接近,我们由地球观测太阳与月球时,两者的大小应该大略相等,或著说他们的视直径大约相等──差距应该局限在0.5弧度左右。然而,由于月球及地球的公转轨道都大约是椭圆形,造成我们观测而得的月亮及太阳大小不固定。

 
1998年8月11日日全食全过程

日全食和日环食在天文学中称之为中心食,只要发生中心食,必然会发生日偏食。而当日出时,太阳已被食去(日食没结束)时,当地发生日出带食或带食日出,而日落时太阳还在被食去(日食没结束)时则称带食日落或日落带食。另外月食有半影月食,但日食没有半影日食。

观测

日全食(全环食包含在此)的研究价值远高于其他几种日食,因为能完全掩盖光球的强光,观测日全食时,人们能直视色球层和日冕等太阳大气,故观测日全食是天文学家研究太阳大气的大好时机。爱因斯坦关于太阳引力能使远方背景恒星光线偏转的预言就是通过对日全食的观测得以证实的;在日全食发生时,也是发现水内行星的机会,但到现在皆未能发现水内行星的存在。

 
2002年冰岛观测日食

在观测时需要注意,千万不要直接目视太阳,即使是在黄昏或日环食时。也会因刺眼的太阳光(光球)引起视网膜破坏而影响视力。需使用保护措施直视(如专用于目视太阳观测的滤光片、焊接用14号或以上的护目眼镜),最好以投影法观看(如简单的针孔照相机在纸上成像,或利用望远镜把太阳影像投影于白纸上)。以墨水倒影,隔着烟薰黑的玻璃、已曝光的底片、光碟片、太阳眼镜因为不能过滤紫外线,令减光效果不良,皆不安全。

古代的观测

在古代中国,人们把日食看作是上天的警告,因此统治者对日食的观测非常关心,《日蚀说》曰:“日者,太阳之精,人君之象。君道有亏,有阴所乘,故蚀。蚀者,阳不克也。”。据说在夏朝,羲和因为漏报了日食而被斩首。也因此,中国保存了非常完整丰富的日食记录,记作“日有食之”,最早可推至《诗经·小雅·十月》:“十月之交,朔月辛卯,日有食之,亦孔之丑”。据统计,不包括甲骨文中的日食记录的话,春秋时期到清代同治十一年(前770年-1874年),有记载的日食共985次(错误有8次),有时还有所谓“日再旦”(天亮两次)的记载。

 
日全食全过程

从《乙巳占》上的观点,李淳风认为,发生日食,是天子失德的表现。日食一般应验在君死、国亡上,更可以引起兵灾、天下大乱、死亡、失地上面。发生灾害的性质可以从天象的具体表现判断出来。日食从上面开始出现,天子行政失误;日食从旁边开始出现,将内乱,有大兵起,有更立天子之兆日食从地下面开始发生,是后妃或大臣自恣太、行为失律所致。

汉朝时京房发明以盆盛水观测日食,从而避免直视太阳被日光灼伤危险。此后有用油代水进一步减轻日光灼伤。元朝郭守敬发明仰仪来测定日食时刻。

 
日食

用途

日食的计算涉及到太阳和月亮运动的准确性,因此古代许多天文学家用它来验证自己的历法。1969年还有人利用公元2年以前的25次日食记录来计算地球自转速率的长期变化。另在日月食中也发现了沙罗周期。

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