日食 -天文現象

日食

日食,又作日蝕,是月球運動到太陽和地球中間,如果三者正好處在一條直線時,月球就會擋住太陽射向地球的光,月球身後的黑影正好落到地球上,這時發生日食現象。

在民間傳說中,稱此現象為天狗食日。日食隻在朔,即月球與太陽呈現合的狀態時發生。日食分為日偏食日全食日環食全環食。觀測日食時不能直視太陽,否則會造成短暫性失明,嚴重時甚至會造成永久性失明

中國觀測日食歷史悠久,早在公元前1948年就有人觀測到了日食。2016年天宇會發生兩次日食。 兩次日食的時間分別為3月9日的日全食和9月1日的日環食。

  • 中文名稱
    日食
  • 外文名稱
    eclipse of the sun
  • 自然現象
    月地日在一條直線上,月球居中
  • 原因
    光在同種均勻介質中沿直線傳播

基本簡介

​日食或日蝕,中國俗稱天狗食日,是一種天文現象,隻在月球運行至太陽地球之間時發生。這時,對地球上的部分地區來說,月球位于太陽前方,因此來自太陽的部分或全部光線被擋住,看起來好像是太陽的一部分或全部消失了。日食隻在朔,即月球與太陽呈現重合的狀態時發生。

基本分類

日食分為四種,包括日全食、日環食、日偏食及全環食,其中較罕見的是全環食,隻發生在地球表面與月球本影尖端非常接近的情形下,這時不同地區會出現日偏食、日全食和日環食三種不同的日食。日全食是一種相當壯麗的自然景象,所以經常吸引許多遊客和天文愛好者特地到海外去觀賞日全食。

日全食

日食日食

太陽比月球寬400倍,但離地球也是400倍遠。由于對稱的緣故,月球的暗影,也就是落在地球表面的陰影,寬度正好可以遮住整個太陽。太陽光球完全被月亮遮住,原本明亮的太陽圓盤被黑色的月球陰影遮蓋。然而,也隻有在日全食發生時才可能用肉眼觀測到模糊的日冕。日全食隻在月球位于近地點時發生,此時月球的本影錐長度較月地之間距離長,本影錐才能掃到地球表面。由于太陽的實際體積比月球大很多,所以日全食通常隻能在地球上一塊非常小的區域見到,因為月亮的本影對太陽來說隻是一個小點。(在全食區之外,所見的食相是偏食)。上一次日全食發生于2012年11月13日,下一次的日全食將發生于2015年3月20日。

在陽光照射下,月亮和地球在背向太陽的方向拖著一條影子。月亮掃過地面,產生了日食。日食必發生在朔日,即農歷的初一。月亮鑽進地影,造成了月食。

日偏食

中國史書上稱“日有食之,不盡如勾”,造成日偏食的原因是因為觀測者落在月球的半影區中,觀測者會看見一部分的太陽被月球的陰影遮蓋,但另一部分仍繼續發光。太陽和月球隻有部分重合,依據兩者中心的視距離遠近(太陽被月球遮蓋的最大直徑)來衡量食的大小。通常日偏食是伴隨著其他食相發生,如日全食或日環食或日全環食。但發生在極區的某些日食會是單純的日偏食(不伴隨其他食相),這是因為月球與黃道面的距離稍遠,隻有半影碰到地球表面,上一次不伴隨其他食相的日偏食發生于2011年11月25日,下一次的不伴隨其他食相的日偏食將發生于2014年10月23日。

日環食

當月球處于遠地點時,月球的本影錐不能到達地球;到達地球的是由本影錐延長出的偽本影錐。此時月球的視直徑略小于太陽。因此,這時太陽邊緣的光球仍可見,形成一環繞在月球陰影周圍的亮環。(在環食區之外,所見的食相是偏食)。上一次日環食發生于2012年5月20日,下一次的日環食將發生于2013年5月10日。

全環食

全環食隻發生在地球表面與月球本影尖端非常接近,或月球與地球表面的距離和月本影的長度很接近的情形下。由于地球為球體之關系,而本影影錐接觸地球時為日全食(常為在食帶中間),在食帶兩端由于影錐未能接觸地球,致隻能有偽本影到達地球之下,所看到的是日環食。所以,當全環食發生時,隨著地月之間的相對運動,會先後出現環食→全食→環食,當然,對于某一個具體的地點來說,在一次日食過程中是不會同時看到全食和環食的。全環食發生機率甚少,上一次全環食發生于2005年4月8日,下一次的全環食將發生于2013年11月3日。

基本原理

日食日食

日食一定發生在朔,即農歷初一當日。此時月球位于地球和太陽之間時,但因地球軌道(黃道)與月球軌道(白道)成5°9′交角,故並非每次朔日皆有日食發生,而日食發生時,日月兩者皆一定在“黃白交點”(升交點或降交點)附近。《說文》說“日蝕則朔,月蝕則望”,唐代詩人盧仝的詩句“望日蝕月月光滅,朔月掩日日光缺”,即講述月食發生于望,日食發生于朔的道理。理論上日全食則隻發生在月亮的遠日區。根據計算,月亮的遠日點與太陽的遠日點同時發生時,地球能夠觀看全日食視窗的寬度約208公裏,月亮的遠日點與太陽的近日點發生時,地球能夠觀看全日食視窗的寬度約100公裏(隻有本影區而無半影區)。至于月球在近日點時,地球每一個角落就都隻能觀測到日環食,也就是太陽的半影區與本影區重疊。

理論上日全食則隻發生在月亮的遠日區。根據計算,月亮的遠日點與太陽的遠日點同時發生時,地球能夠觀看全日食視窗的寬度約208公裏,月亮的遠日點與太陽的近日點發生時,地球能夠觀看全日食視窗的寬度約100公裏(隻有本影區而無半影區)。至于月球在近日點時,地球每一個角落就都隻能觀測到日環食,也就是太陽的半影區與本影區重疊。

形成原因

日食日食

日食、月食是光在天體中沿直線傳播的典型例證。月亮運行到太陽和地球中間並不是每次都發生日食,發生日食需要滿足兩個條件。其一,日食總是發生在朔日(農歷初一)。也不是所有朔日必定發生日食,因為月球運行的軌道(白道)和太陽運行的軌道(黃道)並不在一個平面上。白道平面和黃道平面有5°9′的夾角。其二,太陽和月球都移到白道和黃道的交點附近,太陽離交點處有一定的角度(日食限)。

由于月球、地球運行的軌道都不是正圓,日、月同地球之間的距離時近時遠,所以太陽光被月球遮蔽形成的影子,在地球上可分成本影、偽本影(月球距地球較遠時形成的)和半影。觀測者處于本影範圍內可看到日全食;在偽本影範圍內可看到日環食;而在半影範圍內隻能看到日偏食。

月球表面有許多高山,月球邊緣是不整齊的。在食既或者生光到來的瞬間月球邊緣的山谷未能完全遮住太陽時,未遮住部分形成一個發光區,像一顆晶瑩的“鑽石”;周圍淡紅色的光圈構成鑽戒的“指環”,整體看來,很像一枚鑲嵌著璀璨寶石的鑽戒,叫“鑽石環”。有時形成許多特別明亮的光線或光點,好像在太陽周圍鑲嵌一串珍珠,稱作“貝利珠”(貝利是法國天文學家)。

無論是日偏食、日全食或日環食,時間都是很短的。在地球上能夠看到日食的地區也很有限,這是因為月球比較小,它的本影也比較小而短,因而本影在地球上掃過的範圍不廣,時間不長,由于月球本影的平均長度(373293公裏)小于月球與地球之間的平均距離(384400公裏),就整個地球而言,日環食發生的次數多于日全食。

歷史沿革

1.中國觀測日食歷史悠久,早在公元前1948年就有人觀測到了日食。中國在公元前2300多年前就有了當時最先進的天文觀象台。中國歷來重視日食的預報,據說夏代一位天文官因沉湎酒色,漏報日食,被砍首以警示玩忽職守者。中國有世界上最早、最完整、最豐富的日食記錄。光是古書(至清代)的 史料(不包括甲骨文),就有1000多次日食記錄。最早是《尚書》記載的發生在公元前1948年的一次日食。《詩經》中更是詳細記載了發生在公元前776年9月6日的日食:“十月之交,朔日辛卯,日有食之。”世界天文學家普遍承認中國古代日食記錄的可信程度最高,為世人留下了珍貴的科學文化遺產。中國古代夏、商、周時期因歷史久遠,缺乏精確的文字記錄,因此難以精確地斷代,而日食天象就像是一座相當精確的歷史時鍾,可以幫助確定一些歷史事件的時間。

2.古代西方一次日食中止一場戰爭,西洋最有名的故事記載是在西元前585年。米提斯與利比亞兩族打仗,打到一半時 忽然間太陽消失不見了,兩族族人害怕災禍的到來,終于達成美好的結果--兩族講和通婚。對于日食現象的看法,除了大溪地人把日食當成正面意義外,其他的國家都將他作負面的解釋。譬如西元前六百多年,雅典攻打某族時,因為發生食相而害怕不敢繼續前進,就因為延遲了進攻,反倒讓敵方趁這段時間有了準備,結果當雅典軍隊進攻敵方時,反而被打敗了。

3.各民族對日全食有著如天狗吃日、狼逐日等等不同的解釋,並有其各自解決的方法。中國古時候,民間是以敲鑼打鼓的方式來對付;由于日全食的時間通常很短(至多七分半鍾),所以在人們敲敲打打後,太陽可能就會馬上重現,因而免除了人們的驚慌。中國對日食的記載很早,在漢朝的墓中就挖出許多石頭,這些石頭上刻畫了很多日月星辰的圖形,其中一個畫有「日月合璧」,亦即太陽與月亮疊在一起,這就是當時的日食記錄。中國人對日食的科學解釋為陰侵陽,中國很早就知道視為「陰」的月亮,遮蔽了視為「陽」的太陽,而造成日食現象。 古時候有「月盈則食」的說法,意指月食現象發生都是在滿月之時。 日食發生時,中國古代朝廷也會有所行動;中國人認為天代表大自然,太陽在大自然裏有著最崇高的地位,皇帝稱為天子,則意指其為上天派來管理人民的。既然天代表皇帝的父親,它會透過太陽表面上的現象來警告其地上的代理人--皇帝,明示他做錯什麽事情、有什麽事情要小心等等;于是,透過各種征兆呈現出來,日食就是一個常被利用的狀況。根據古書避鎮殿記載,漢朝每當發生日食時,皇帝就不到大殿做早朝,而到偏殿旁的小殿進行早朝,並且一切從簡。傳說中,把日食稱作“天狗吞日”。而“天狗吞日”的科學解釋就是日食。日食是光在天體中沿直線傳播的典型例證。

4.日食擊鼓。

夏季六月初一日,發生了日食。擊鼓,用犧牲祭祀土地神廟,這是不合于常禮的。隻有夏歷四月的初一,陰氣沒有發作,如果發生日食,才用玉帛祭祀土地之神,在朝廷之上擊鼓。

原文:夏六月辛未,朔,日有食之。鼓,用牲于社,非常也。唯正月之朔,慝未作,日有食之,于是乎用幣于社,伐鼓于朝。《左傳》

活動周期

這一周期平均為22年,它包含兩個11年的太陽黑子周期,在每個周期中,太陽黑子的磁極極性相反,而其他各種日面現象的變化也象黑子一樣有兩次高潮和兩次低潮。這些日面現象包括日珥、耀斑和磁效應等的頻數起伏,磁效應則包括極光和對地球上無線電幹擾的增強。太陽黑子的11年基本周期(有時也稱為太陽活動周)是施瓦貝于1843年宣布發現的。有人企圖把太陽活動周期同其他各種現象的變化聯系在一起,如太陽直徑的微小變化。甚至樹木年輪的變化都同太陽活動周期有關。

主要食象

日全食發生時,根據月球圓面同太陽圓面的位置關系,可分成五種食象:

1.初虧。月球比太陽的視運動走得快。日食時月球追上太陽。月球東邊緣剛剛同太陽西邊緣相“接觸”時叫做初虧,是第一次“外切”,是日食的開始。

2.食既。初虧後大約一小時,月球的東邊緣和太陽的東邊緣相“內切”的時刻叫做食既,是日全食(或日環食)的開始,對日全食來說這時月球把整個太陽都遮住了,對日環食來說這時太陽開始形成一個環;日食過程中,月亮陰影與太陽圓面第一次內切時二者之間的位置關系,也指發生這種位置關系的時刻。

食既發生在初虧之後。從初虧開始,月亮繼續往東運行,太陽圓面被月亮遮掩的部分逐漸增大,陽光的強度與熱度顯著下降。當月面的東邊緣與日面的東邊緣相內切時,稱為食既。天空方向與地圖東西方向相反。

3.食甚。是太陽被食最深的時刻,月球中心移到同太陽中心距離最近;日偏食過程中,太陽被月亮遮蓋最多時,兩者之間的位置關系;日全食與日環食過程中,太陽被月亮全部遮蓋而兩個中心距離最近時,兩者之間的位置關系。也指發生上述位置關系的時刻。

4.生光。月球西邊緣和太陽西邊緣相“內切”的時刻叫生光,是日全食的結束;從食既到生光一般隻有二三分鍾,最長不超過七分半鍾。

對于日食,食甚後,月亮相對日面繼續往東移動。

5.復圓。生光後大約一小時,月球西邊緣和太陽東邊緣相“接觸”時叫做復圓,從這時起月球完全“脫離”太陽,日食結束。

日全食與日環食都有上述5個過程,而日偏食隻有初虧、食甚、復圓3個過程,沒有食既、生光。

辭海另解:日食的過程中,月亮陰影和太陽圓面第二次外切時的位置關系,也指發生這種位置關系的時刻。復圓是日食過程的結束。

觀測方法

醫學專家指出,長時間直視太陽因其紫外線和紅外線而導致視網膜黃斑被燒傷的“日光性視網膜炎”,是幾乎無法治療的。視網膜黃斑是視網膜當中最敏感的部位,它使光線匯聚,讓影像清晰。一旦被燒傷,視網膜黃斑將永遠無法復原。被燒傷時可能沒有感覺,但幾小時以後就會出現反應,嚴重者失明。為此觀看日全食時,首先要註意一點:千萬不要用肉眼或任何光學設備(如望遠鏡等)直視太陽!這不僅僅是一個建議,還是一個非常嚴肅的警告。

日食日食

(一)快速簡易的觀測方法

日食日食

其實,建議的做法僅僅使用兩張白紙即可。一張白色紙板用作銀幕,另一張紙板上戳一個針孔,將針孔紙板舉起,盡量遠離銀幕紙板。兩紙板距離越遠,形成的圖像就越大。

當然,還有更為簡易的方式,隻需要自己的雙手幫忙,將雙手舉起,手指相互垂直、交叉重疊,于是雙手形成了一個帶有許多小孔的網,這些小孔可以作為簡易的成像孔。(小孔成像

(二)買觀測眼鏡

保護眼鏡需要一副特別的眼鏡。市場上有這種專用太陽觀察保護鏡的眼鏡。要小心質量,平時佩戴的太陽眼鏡是不可以的,也不可以自製觀測眼鏡,這是十分危險的。

(三)購買專業的觀測膜貼在望遠鏡上也是可以的,但需要幾十元一塊。

觀測貝利珠日珥拍攝好貝利珠及日珥現象的關鍵是掌握好時機,因為它一閃即逝,頂多能延續幾秒鍾,因此人們必須在食既前和生光前一兩分鍾開始密切監視取景器上的毛玻璃,一看到貝利珠及日珥就果斷曝光,決不能有片刻猶豫,註意別忘了去掉濾光片。

下面簡要介紹日全食時的天空可觀測的天體情況。

1. 土星在太陽的正東面,非常接近地面,在城市不是那麽容易觀測到

2. 大部分人從未見過的水星就在太陽的東面旁邊,非常明顯

3. 金星和火星在太陽的西邊,在地面看來,已經在西邊天空

4. 全天最亮的恆星天狼星,在南方天空

5. 非常著名的亮星雲集的冬季星座獵戶座,在正南方天空高高懸掛,用望遠鏡觀測,獵戶座大星雲(獵戶大星系)就在其中

6. 在本次日全食的天空中,除太陽外,天空中最明亮的天體由亮到暗排序:金星水星土星天狼星火星

7. 比較明亮的容易觀測的恆星還有:獵戶座參宿四參宿七大犬座天狼星、雙子座的北河二北河三小犬座南河三御夫座五車二獅子座軒轅十四

意義價值

日全食之所以受重視,更主要的原因是它的天文觀測價值巨大,因為月球會讓原本刺眼的太陽暗下來,讓原本不易觀察的日冕層顯露出來。科學史上有許多重大的天文學和物理學發現是利用日全食的機會做出的,而且隻有通過這種機會才行。最著名的例子是1919年的一次日全食,證實了愛因斯坦廣義相對論的正確性。愛因斯坦1915年發表了在當時看來是極其難懂、也極其難以置信的廣義相對論,這種理論預言光線在巨大的引力場中會拐彎。人類能接觸到的最強的引力場就是太陽,可是太陽本身發出很強的光,遠處的微弱星光在經過太陽附近時是不是拐彎了,根本看不出來。但如果發生日全食,擋住太陽光,就可以測量出來光線拐沒拐彎、拐了多大的彎。機會在1919年出現了,但日全食帶在南大西洋上,很遙遠,也很艱苦。英國天文學家愛丁頓帶著一支熱情和好奇心極強的觀測隊出發了。觀測結果與愛因斯坦事先計算的結果十分吻合,從此相對論得到世人的承認。

在中國,前兩次日全食都隻能在邊遠地區看到。一次是在1980年,隻有中緬邊境雲南瑞麗地區可見。另一次是在1997年春節之後,在中俄邊境、中國的最北端漠河可見。那次的觀測規模之大,出乎想象,世界各國的天文學家和天文愛好者,把個平時人跡罕至的北疆小鎮擠得比過年還熱鬧,由于人數大大超出小鎮的接待能力,人們隻能宿營在火車和汽車上。當時那裏還是冬天,白天氣溫零下25℃左右,夜裏能到零下40℃,滴水成冰,人們連洗臉漱口的水都找不到。盡管如此,觀測者們沒有一個後悔的,沒有一個不興奮異常的,都把親眼看到日全食,當成人生中不可多得的珍貴記憶。日全食之類的天文現象,要說與人們的日常生活、吃喝拉撒,確實是沒有什麽直接關系。但是,它代表了一種終極的人文關懷,代表了一種對大自然的極度熱愛,代表了對支配萬事萬物的自然鐵律的一種永恆的好奇和敬畏,一個國家、一個民族,不能缺少這些關懷、這些熱愛、這些好奇和這些敬畏。

相關傳說

日食對古代人而言,是十分可怕的。如果你能了解太陽對糧食耕種、日常生活的影響,你就會關心天上的太陽為什麽突然不見了。中國古代認為日食是因為一條龍吞掉了太陽,其它的文明也認為這是不祥之兆,有許多“解決方法”:打鼓、朝天空射箭、拿物或人祭祀等。據傳,曾經有一次致命的日食報告錯誤。這是說公元前二世紀的兩個中國天文家由于一些原因沒報告日食。那時的中國帝王認為自己是天子,十分重視天象,認為那是上天給的暗示,因此他請了一批天文家定期觀測天象。那時彗星和流星不能被預言,但日食是可以預測的。兩位天文家沒有告訴帝王日食這一重大天象的發生,帝王盛怒,將兩人斬首示眾。那時的天文學家比現在危險得多。

主要事件

發生時間

全食2008年08月01日 新疆阿勒泰,甘肅北部邊緣,內蒙古額濟納旗,寧夏,陝西中北部,河南帶食而沒。

全食2009年07月22日上午貴州, 藏東南察隅,雲南西北部,四川,重慶,湖北西南部,南部,湖南北部,安徽,江西,浙江,上海,江蘇南部。

環食 2010年01月15日雲南西部,西北部,四川大部,陝西,湖北,河南,山東,帶食而沒。

環食2012年05月21日 海南,廣東,福建,台灣北部,帶食而出。

全食2016年3月9日,東亞及東南亞地區將迎來一場日食。其中東南亞部分地區可見日全食,全食帶從印度洋東北部開始,經過印度尼西亞、西太平洋部分島嶼,在太平洋東北部結束。中國華南、華中、華東、西南、西北南部、華北南部、東北東南部可見日偏食,地理位置越往南,觀測條件越理想,可見日偏食的時間越長,食分也越大。

環食 2020年06月21日西藏那曲,西藏普蘭,昌都,四川南部,貴州中部,廣西東北部,廣東北部,東北部,江西,福建,台灣中南部,下午。

環食2030年06月01日 內蒙古根河,黑龍江黑河,伊春,鶴崗,撫遠等地,下午。

全食 2034年03月20日西藏西南部,帶食而沒。

全食2035年09月02日 新疆葉城,若羌,甘肅玉門,內蒙古烏海,呼和浩特,河北張家口,北京,天津薊縣,遼寧西南部,遼東半島大部,上午。

環食 2041年10月25日內蒙古呼錫林浩特,通遼,遼寧沈陽,撫順,本溪,吉林通化等地,上午。

全食 2042年04月20日曾母暗沙,上午環食。

環食 2057年07月02日新疆東部,哈密,甘肅極北部和內蒙古西部極少地區,帶食而出。

全食 2060年04月30日新疆喀什,庫爾勒,甘肅玉門,蘭州,青海西寧,陝西西安,帶食而沒。

環食2063年02月28日 曾母暗沙南安礁

全食 2063年08月24日新疆塔克拉馬幹沙漠腹地,哈密,內蒙古霍林郭勒,二連浩特,通遼,吉林長春,延吉,上午。

環食2064年02月17日 西藏東南部,林芝,昌都,青海西寧,甘肅中部金昌,武威,寧夏,內蒙大部,山西,吉林,黑龍江中南部,帶食而沒。

全食2070年04月11日 西沙群島,台南南部,上午。

環食 2074年01月27日廣西北海,廣東雷州半島至中部,東北部,江西南部,福建中南部,傍晚。

環食2074年07月24日 南海西沙群島和南沙群島之間,上午(不經過任何島嶼),

全食 2082年08月24日曾母暗沙,帶食而出。

環食2085年06月22日 雲南西雙版納,思茅,個舊,貴州都勻,貴陽,湖南中南部,江西中部,浙江東南部,福建北部,上午。

全食 2088年04月21日新疆阿克蘇,庫爾勒,甘肅中部,帶食而沒。

全食2089年10月04日 四川南部宜賓,重慶,湖南,江西,福建,帶食而出。

環食 2095年11月27日遼寧沈陽,大連,帶食而出。

環食2096年11月15日 曾母暗沙,帶食而出。

最長日食

日食(月亮界于太陽和地球之間)持續的最長時間為7分31秒。1955年發生在費城西部持續時間為7分8秒的日食是近年最長的一次。據預測,2186年大西洋中部地區將發生一次持續時間7分29秒的日食。1995年,泰國曼谷的一次日食中,一位母親和孩子被攝影照片,這次日食在該國某些地區為日全食。月食(月亮運行進入地球的阻影)持續的最長時間為1小時47分。2000年7月16日,在北美的西海岸人們看到這種景象。

最長日環食

21世紀最長日環食為2010年1月15日的日食,持續11分8秒。理論上最長的日環食可持續12分29秒。

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