月全食，有时我们称之为天狗食月或者“血月”，我们只知道这一天文现象很壮观，那么你知道它是怎么形成的么?本文将为您详细介绍。

什么是月全食？

我们知道地球一年绕太阳一周，而月亮则一个月绕地球一周，所以太阳、月亮、地球三者在天空的位置也就时时刻刻在变化着。当我们看到月亮和太阳在相反的方向的时候，也就是太阳和月亮黄经相差180度时，这种相对位置一般称为冲或望。

凡是发亮的物体照着不发亮的黑暗物体，一定在黑暗物体的后面发生影子。我们走到灯光下面，一定有影子，且人越近灯光下面，影子越短。月亮和地球都是不发光的球体，所以太阳光照射时，只能照亮它们的半个球面，背着阳光的半个球面就拖着一个很长的影子。俗语说“形影不离”，月亮的影子每时每刻跟着月亮，地球的影子每时每刻跟着地球。

望的时候，地球走到太阳和月亮之间，如果这时太阳、地球、月亮三者恰好或几乎成一直线，这时射向月面上的太阳光被地球挡住，也就是月亮走进地影里，这样就发生了月食。如果月亮进入了地球本影中，那么月全食就发生了。一般月食发生在满月时期，也就是农历十五前后。中国古代称为“蟾蜍食月”或“天狗食月”！

月全食（月亮全部掩食），从字面的意思我们可以以一种方式这样理解，在地球上的观赏者看来夜空中明亮的月亮（表面）完全位于地球本影的影子中。食也为掩星，当一个视觉上较大的天体遮挡住背后一个较小的天体时便会发生掩星事件，如月亮遮掩夜空中的星星（月掩星）。

我们可以以一种另类的方式来分析，把地球庞大无比的本影（主要影子）比作为一个大的天体（如比作为月亮），因为天体都是运动的，地球的本影也会随地球太阳等运动扫过月亮，并将月亮完全包含其中。就人类史的时间来说，月亮是不可能不完全包含其中的（随时间推移，月亮可能与地球之间的距离拉远，这不可考虑，因为时间太过遥远）。

因为地球的本影锥形非常宽广，又很长，完全可以把全部的月亮包含在本影中。所以，这就是月全食中的食，地球本影掩食月亮。也可以说为月亮全部被地球的本影给“吞食”了。

这里需要注意，月亮在地平线时的表面颜色和月全食发生时表面颜色很接近，几乎看起来都是近红色，但要区分开来。

这是月亮从地平线升起的颜色变化图，图片作者 Dan Marker-Moore

这是月全食发生时的颜色变化图，图片来自网络

关于月全食的成因

（需要注意：地球的影子我们是看不见的，因为它的影子在太空）

大多数人都会知道月亮如同太阳一般有着东升西落的习惯，那是因为地球的自转造成的。大家也许都会好奇，经常看见的月亮，隔些时日形状会不一样，那是因为月亮表面的照明变化（月相：如有月牙，满月，表面亮区都是受到太阳光的照射造成的）是由于月亮绕地球公转（月亮围绕地球做椭圆形〈近圆形那种〉运转）造成的（月相变化）。

因此，你今天看到的形状（如被太阳光照亮一点的月牙状），然后隔段时间看到的形状又会不一样，会被太阳光照亮多些或少些。都是太阳光以及月亮围绕地球运转造成的。

大家都知道太阳光照射下的不透明物体，都会有各自的黑影子存在。顺着这个思路走，较大的天体也是一样的会有影子存在，地球也不例外。太阳光的照射下，地球也有影子存在，由于地球庞大且近乎圆形，所以我们的地球有个庞大无比的锥形影子（上面尖锐，下面圆粗的形体）！由于地球与太阳都是圆体（太阳非点光源），所以地球的影子有两种，一种为本影（主要的黑暗区域），另一种为半影（不是很明显）。

月亮一直围绕地球做椭圆（近圆）运动，那么，难免有机会（一般时间在农历15满月左右）月亮会进入地球影子（本影加半影）中去。但这个机会不是经常有的，因为太阳光线直射到地球延伸的影子这一平面（也可以说是地球绕太阳公转的平面）与月亮绕地球公转（地月连线）的平面不在同一平面内，它们不平行，两个面之间有夹角。

这两个面在天文学中分别是黄道面（日地）和白道面（月地）。地球阴影位于地球公转（围绕太阳）轨道面（黄道面）的延伸平面区域，此延伸平面区域与月球（围绕地球）轨道面（白道面）并不重合，黄白道面交角约5度左右；大多数满月时，月球不在黄道面内，而是或偏北或偏南，不在地球阴影内，因此并不是每个满月时，都发生月食。每年全球至少发生两次月食而已。

在生活中你可以形象的把地球比作一个篮球（或简单的拳头），月亮比作一个乒乓球（或大拇指），地球和月亮在太空中都是运动的。将篮球放在太阳光（或人造灯）下，会出现篮球的影子，这个篮球的影子就可以粗略的比作为地球的本影区，慢慢转动乒乓球，模拟月亮运行的轨道，绕篮球（地球）运动。

当乒乓球（月亮）进入篮球（地球）影子中时，这个时候就是我们所说的月全食了。如果，乒乓球（月亮）表面只有部分篮球（地球）的影子（本影），那么，这个就是月偏食阶段。那么，问题来了，为什么乒乓球模拟的月全食，乒乓球表面颜色和月全食时月亮颜色不同啦？

乒乓球之所以表面很黑，是因为篮球没有大气层。地球具有大气层，太阳光经过折射后会照到月亮表面。由于波长长的红光几乎会直接穿过地球大气层到达月亮表面，所以月全食发生时月亮表面看起来是暗红色的，这方面具体的成因，可以看后面我写的相关“月全食时月亮的颜色”。

注意：上述比例是不按正确比例缩小的。月亮比地球小，直径约为3476公里，大约等于地球直径的3/11。月亮的表面面积大约是地球表面积的1／14，比亚洲的面积还稍小一些；它的体积是地球的1／49，换句话说，地球里面可装下49个月亮（按质量来算是81个）。

月全食形成示意动画图，图片来自网络

月全食的发生过程

每一个天象事件都有一个过程，月全食也不例外。

半影食始>初亏>食既>食甚>生光>复圆>半影食终

1.半影食始（地球半影接触月亮瞬间）：月全食最开始阶段，是月亮首先进入地球的半影区域内（半影月食开始阶段）。地球半影内的月亮，在地球夜晚一面上的观测者看来月亮表面不是那么的明显，颜色由亮稍微变暗点（在月亮边缘）。

所以，这需要的当地天气条件很苛刻，比如能见度很高的那种，当然无雾霾云这些。不过，有望远镜条件的天文爱好者可以借助望远镜以及软件模拟（看看地球的半影照射在了月亮边缘表面的什么位置上）看看这个半影月食，看看月亮是否有颜色的变化。可利用月亮滤镜去除部分月亮的强光观测最佳，比较容易区分颜色或暗亮变化。

总之，半影月食有点难观测，主要靠眼力，有兴趣的朋友不防尝试观测。想随意地吊儿郎当地就看见月亮颜色变化（月偏食，暗红色）的同好，就得耐心等到月偏食发生了，也就是月亮进入地球本影区域。

2.初亏（地球本影初次接触月亮瞬间）：随时间的推移，月亮慢慢运动，深入地球的半影区域，来到了地球半影与本影的交界处，月亮开始进入地球的本影，月偏食开始。这里，就需要仔细观测月亮边缘了（本次事件根据软件模拟是月亮的左方开始进入地球本影），会看见月亮表面的颜色逐渐开始变暗，暗面积会随时间推移越来越广，这是月亮深入地球本影越来越深的缘故。

3.食既（地球本影完全包含月亮瞬间）：月亮继续运动，当月亮运行到完全被地球本影“照射”到时，月全食开始了，精彩部分上演，“血月”来临，此时会看见月亮呈现暗红色或古铜色等（根据大气等条件决定颜色，见后文详述）。

4.食甚（月亮位于地球本影深处）：当月亮运行到地球本影最深处时（月亮中心与本影最深中心最近时刻），整个月全食的精彩核心上演了。受到地球本影最暗处的影响，此刻月亮表面也最为暗淡（深深的暗红色）。

5.生光：和前面类同，只是事件相反。月亮开始“走出”地球的本影，“重见光日”。生光后，又是可以看见月偏食的时候，还有半影偏食。标志着月全食最为精彩部分的结束。

6.复圆：月亮完全“走出”地球的本影，进入半影区域，标志着月全食中偏食的结束，也可以说月全食结束，只是后续还有不易肉眼可见的半影食，进深夜，可观测，也可不观测了。

7.半影食终：月亮完全离开地球的影子中，月全食全程结束。半影食终前，可以挑战观测半影对月亮表面的颜色变化，与前面的食始类同，可作为对比照片拍摄。

为什么月全食时月亮的颜色是红色的？

月全食发生时，月亮表面的颜色看起来是近乎暗红色的。我们前面提到过，乒乓球比作月亮，模拟出其表面却是近乎纯黑色的。那么，为什么啦？因为篮球没有大气层，在月全食发生时，地球有大气层。太阳光传过大气层折射后到达了月亮表面，从而形成暗红色月面。

在生活中，相信大家经常会发现，一根筷子插入水中，筷子在水中看起来（和空气中不一样）是偏折的。这是因为，光线进入不同介质（水）造成的。光线在同一介质中（如空气，太空）是直线传播的（这里不考虑引力影响），但是从一种介质到另一种介质时，就会发生折射现象。

在月全食时，太阳光线首先会从太空中进入地球大气层中，发生一次向内折射，折射后的光线又从大气层中传播到太空中去，又会向内折射，有点像凸透镜那种原理。两次折射的光线向内（向地球本影内）很多，所以基本上一些光线会照到月亮表面上，这和在地平线时看见的“假”太阳位置类似。

因为太阳光中红色的光线波长比较长，“穿透力”强，基本不受大气层中（颗粒分子等）散射影响而直接穿过地球大气层照射到月面上，其它波长颜色基本散射了，无法到达月面。我们熟知的蓝天就是容易受分子颗粒散射的短波长蓝色光线造成的。因此，太阳的红色光线就照到了月面上，使得月面呈现暗红色。

不过，有时候由于地球大气层影响的复杂条件而使得照射到月面上的颜色有所不同，如深红色、橙色等不同颜色。这个复杂条件，有当时大气层的天气空气条件等，如阴天，雾霾等等，都会影响月全食时月亮表面的颜色。

类似的模拟，动画图片来自网络

关于月食的神话

最早的月食记录是公元前2283年美索不达米亚的记录。殷商的卜辞载“六日甲午夕，月有食”，“旬壬申系，月有食”，《诗经‧小雅》载有：“彼月而食，则维其常”，《小雅·十月之交》篇“彼月而微，此日而微”，微系指月食。《荀子‧天论》：“夫日月之有食，风雨之不时。

古代中国民间认为月食是“蟾蜍食月”，在月食出现时人们便会顶礼膜拜、祈求天神驱走蟾蜍。“蟾蜍食月”是来自西汉司马迁《史记。龟策列传》：“月为刑而相佐，见食于虾蟆 (蟾蜍，俗称“癞虾蟆”)。”，唐朝李白《古朗月行》：“蟾蜍食圆影，大明夜已残”。

在中国汉朝时，张衡就已经发现了月食的部分原理，他认为是地球走到月亮的前面，把太阳的光挡住了，“当日之冲，光常不合者，蔽于地也，是谓暗虚，在星则星微，遇月则月食。”。前4世纪的亚里士多德根据月食看到地球影子的圆形而推断出地球是圆的。前3世纪古希腊的天文学家阿里斯塔克、前2世纪的喜帕恰斯都提出过通月食来测定太阳、地球、月亮的大小。

古代就有“天狗食月”此词，如刘炳的〈承承堂为洪善初题〉：“天狗食月岁靖康，血战于野龙玄黄。”、李氏朝鲜黄玹〈李忠武公龟船歌〉：“天狗食月沧溟竭，罡风万里扶桑折。”中国古代“天狗”是月中凶神的名称。古籍《协纪辨方》卷四引《枢要历》：“天狗者，月中凶神也。其日忌祷祀鬼神，祈求福愿。”，同书又引《历例》：“天狗者，常居月建前二辰。”

参考资料

1.有趣天文奇观

2.NASA-Planetary Fact Sheets

3.WJ百科

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文章作者：零度星系（天文在线）

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编辑用时：2018年08月28日-2018年09月02日

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最后更新：2019年3月19日星期二

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全文排版：天文在线（零度星系）

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