相关日食示意图的扩展:
日全食是怎样形成的示意图 由于地球轨道与月球轨道有一个5度的夹角,在特定的时间月球会运行至一个特别的位置,令太阳、月球及地球连成一线,这时月球刚好遮掩了太阳的光球,这样便形成一次日食。 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0.5,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1.0的,日全食的食分是1.0。 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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日食,是月球公转至日地之间,阻挡了一些或者所有的太阳光线到达地球,而形成的一种天文现象。日食发生时,(一部分或者整个)太阳看上去被一个巨大的黑色圆盘(实际上是月球)所覆盖。
日食现象(图片来源:Kuebi = Armin Kübelbeck / Wikimedia Commons)
让我们来进一步看看到底什么是日食吧!
日食是什么?
当新月通过日地连线,月球的影子落在地球的表面上(当然是部分的)并阻挡住太阳光线,从而形成日食。
更进一步解释来说,我们都知道地球围绕太阳公转,月球则围绕地球公转,它们的轨道都是可预测的椭圆形路径。由于这两种天体都拥有确切的、可预测的轨道,它们势必会在公转时落在同一直线,导致日食或月食。
当月球公转至日地中间,三个天体在同一直线上时,月球会在地球上形成两种影子。较小、较深的影子为本影,而较大、较亮的则为半影。
日食形成的原理
根据你站在地球表面不同的位置(换言之,是在本影还是半影中),你可以领略到同一日食的不同面。
日食的类型:
日食总共有四类,包括日偏食、日环食、日全食和混合食。
日偏食,顾名思义,就是月球只部分遮挡了太阳并在地球上留下半影。进一步说,就是当日月连线与月地连线不在同一直线上,日偏食才会发生。
日偏食(图片来源:National Geographic)
与此相反,日环食发生在日地月在同一连线上,但月球的视尺寸要小于太阳时。这就导致了月球无法完全覆盖太阳,后者的边缘围绕月球且清晰可见,就像一个火环在天空中燃烧,形成了壮观的景象。
日环食(图片来源:Pixabay)
日全食发生在月球能完全覆盖太阳时,从地球上看只能看见模糊的日冕。日全食只有在地球上本影(月球最深的影子)所在的区域才能被观测到。
日全食(图片来源:Zombiepedia / Wikimedia Common)
本影在地球表面的移动轨迹形成的虚拟线称为全食带。只有在这条带上,人们才能观测到日全食。
混合食,又名全环食,是指在日食路径上,同一次日食从环食变为了全食(反之亦然)。换言之,混合食从地球上的某几处来看为日全食,其他地方看则是日环食。这是最罕见的一种日食现象,因为其需要月球的位置在日地之间找到完美的平衡。
为什么不是每个月都有月食?
正如上文所说,天文学家之所以能够预测日食和月食的发生,是因为地球和月球都拥有可被预测的轨道。鉴于这些天体能够频繁地落在同一直线,那为何日食或者月食不是每月都能够发生呢?
其背后的原因是因为月球的轨道相较于地球的要向北或向南倾斜几度。这就是为什么这三个天体不能每月都完美地在一条线上,导致了不是每个月都有日食现象。然而,值得注意的是,每年会有2-5次日食,而每个世纪平均会有约240次。
裸眼观测日食会不会致盲呢?
永久失明并不是裸眼观测太阳1-2分钟后的常见结果,但是,如果长时间观测,会给眼球带来严重的且不可逆转的伤害(参考3)。这也许就是导致大众认为日食时裸眼观测太阳会更危险。
参考资料
1.WJ百科全书
2.天文学名词
3. sciabc
Exploratorium: The Museum of Science, Art and Human Perception
NASA.gov (Link 1)
NASA.gov (Link 2)
Oregon State University
National Solar Observatory
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