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日食月食的形成(日食和月食是如何形成的?)

日食月食的形成(日食和月食是如何形成的?)

恐惧往往来自未知,在科学还未兴盛的过去,一些奇特的天文现象经常会让很多人胆战心惊,比如日食、月食,我们今天知道这些都是正常的天文现象,但以前的人们却称之为天狗食日和天狗食月,甚至认为是凶兆。

日食月食的形成(日食和月食是如何形成的?)

古时候在民间流传着这样一则故事:一位名叫“目连”的佛教弟子,他非常孝顺自己的母亲,可目连的母亲却是一个性格暴戾的人,有一次为了捉弄寺庙里的和尚,做了上百只狗肉包子,却谎称是素包子送进庙里给和尚吃,结果这件事被玉帝知晓,将其母打入地狱,目连为了救母,修炼神通,进入地狱放出母亲,结果其母变为恶狗窜进天庭,找玉帝算账,但没得逞,转而去追赶扑食天上的太阳和月亮。

日食月食的形成(日食和月食是如何形成的?)

这就是天狗食日和天狗食月的由来,民间百姓在遇到这些天象时,往往还会击鼓、鸣鞭来驱赶天狗。然而我们现在知道传说毕竟是传说,所谓的天狗实际上是不存在的,日食、月食只是不常见的天文现象而已。

那么日食和月食到底是怎么回事呢?我们接着往下看

简单来说,日食的主角是月球,当月球处于地球和太阳中间,三者构成一线,那么月球就会遮挡太阳发出的光芒,地球上的我们就会看到太阳被一个圆形黑影逐步阻挡;而月食的原理也与此类似,只不过是换做地球处于月球和太阳中间,地球就会遮挡射向月球的太阳光。

日食月食的形成(日食和月食是如何形成的?)

上面这段解释估计很多人都知道,但这样的解释只能算是一个大概理解,我相信还有不少朋友产生过这样的疑惑:

月球绕地球一圈需要27天,而在此期间内,月球会从太阳和地球中间穿过一次,为什么日食不是次次都发生呢?同理,月食也不是每个月都有?

这个问题非常好,下面我们将详细且通俗的解答这个问题,并且在这个过程中自然分布进日食、月食的形成原理。

月有阴晴圆缺

我们都知道,月球是绕着地球运转的,并且一圈下来的时间是27天,而在这段时间内,月球将会以不同的面目展现在人类眼前,大概的形状有四种:满月形、半月形、月牙形、无(夜空看不到月亮)

当然了,刚才这四种形状的用词比较随意(估计大家平时也都这么叫的吧),而按照术语来讲,我们可以将月球的“面貌”(月相)分为八个阶段,分别为:新月(夜空看不到月亮)、峨眉月、上弦月、渐盈凸月、满月、渐亏凸月、下弦月、残月,如下图所示:

日食月食的形成(日食和月食是如何形成的?)

说到这,可能有些朋友要质疑了,根据平时的观察,似乎月亮从新月到满月再到新月之间的时间不是你说的27天吧?

没错,这些朋友非常优秀,确实是这样的,不过这与月球绕地球一圈耗时27天并不冲突,实际上这27天被称为一个恒星月的时间(精确一点,应该是27.3天,再精确些,小数点后面还可以再写写,但没必要),这是月球的真实绕地公转周期。

而你所说的是月相完整变化一周的时间,周期大约是29.5天,称为“朔望月”。

我们将新月称为朔,满月叫做望,而朔望月与恒星月中间相差的两天多,其原因是月球在绕地球公转的同时,地球也在绕太阳公转,因此月球在完成一个恒星月之后,还需要再多跑两天,才能完成朔望月。

日食月食的形成(日食和月食是如何形成的?)

介绍朔望月的好处就是,日食和月食只会出现月球处于朔和望两个阶段。

也就是前文中提到的月球在太阳和地球中间,地球在太阳和月球中间,三者成一线,不过值得注意的是三者成一线仅仅是一个定性说法,日月食的发生并不需要严格的三者中心排成一条线,只要在一个角度范围内即可,为什么呢?

因为日食和月食是一个大概念,它们下面还包括日全食、日偏食、日环食、月全食、月偏食、半影月食(没有月环食,太阳、地球、月球,三者的大小、距离决定了月环食是不存在的)。

既然日食月食的出现前提条件是:三者的位置关系只要在月球处于朔和望时期时,大致排成一条线。那么反观我们实际观测,日食月食的出现频率非常低,并不是每个朔望期间都会发生,由此可见问题的关键就出现在三者排成一线这个环节上。

食季

我们现在知道了日食月食的出现,并不是每个朔和望都会有,还需要符合三者成一线这个要求。

而需要同时满足朔望、三者一线这个条件是非常严格,主要是因为月球绕地球的公转面并不贴合黄道面(黄道面,就是地球绕太阳的公转面),而是与黄道面存在一个5度左右的夹角。

日食月食的形成(日食和月食是如何形成的?)

因此想要日食月食的条件符合,关键点就是看月球轨道面与黄道的交线是否能和日地连线大致重合,而大致重合的这段时期就被称为食季,可见日食月食还真不是你想要有就能有的。

既然如此,我们可以考虑这样一幅场景,月球以一个与黄道存在夹角的轨道平面绕地球公转,同时地球又在绕太阳公转,这样一圈下来,理论上应该有两次交线与日地连线重合的机会,因此那两段时期内,如果正好能碰上月球处于朔和望期(新月、满月期),那么就会有日食和月食的出现。

可能一些朋友在这时候会有一种错觉:就像一年四季一样,春分、夏至、秋分、冬至对应的月份永远是三、六、九、十二(不考虑地球进动),那食季的出现是否也是每年的固定两个时候呢?

日食月食的形成(日食和月食是如何形成的?)

还真不是这样,由于月球除了受地球引力影响之外,也受到太阳引力百思特网的影响,虽然没有地球引力那么有控制力,但就是在这微弱的影响下,月球轨道的方向也在时刻改变,因此月球轨道与黄道的交线,和日地连线的重合,并不会定时出现在某个时间段内。

每两次重合的时间间隔约为346.6天,称为一个食年,相比于一整年365天要少个十来天,因此食季的出现时间一直都在变动。

并且值得注意的一点百思特网,食年与朔望月的存在会导致日食月食有一个循环周期,这个周期长度大约为19个食年,每次这个时间点,太阳、地球、月球都会位于一个相同的位置,日食月食就这样循环下去。

各种类型的日食月食

到目前为止,相信大家已经明白了日食月食能够出现的大条件,然而还剩下一个小问题,分属在日食月食下面的日全食、日偏食、日环食、月全食、月偏食、半影月食又是怎么回事呢?

实际上这个问题相比于之前讲解的内容就容易许多,我们首先来看月食类型

月食指的是太阳光将地球的影子照射到月球表面,之后月表反射光进入人类眼中,出现一个在短期内面积变化的月球相,有两种类型的月食,一个叫月全食,一个叫月偏食。

日食月食的形成(日食和月食是如何形成的?)

所谓月全食,就是指月球整体进入了地球影子内部,显而易见,月球由于失去了阳光照射,其自身的面目自然不会被人类看到,不过由于地球大气的存在,部分太阳光会被折射到月球表面,而光线在大气传播过程中,会产生瑞利散射(夕阳晚霞就是这个原因)

波长较短的光波会被改变传百思特网播方向,只留下长波光照射到月球表面,而我们知道长波主要意味着红光,因此在月全食期间,月球表面会被”染“红。

日食月食的形成(日食和月食是如何形成的?)

至于月偏食,则更加容易理解,就是月球整体没有完全进入地球影子,从而月球表面只有部分区域出现了阴影,这种状况也可以理解为月球没有和太阳、地球完全排成一线,这也就是之前为什么说排成一线是个定性讲法,应该叫大致成一线。

而半影月食则是月球没有进入本影区,而处于半影区,这时候仍然可以看到整个圆面,只是要比平时暗淡一些。

日食月食的形成(日食和月食是如何形成的?)

日食相比于月食,则要复杂一点点,由于日食是月球遮盖住太阳的光芒,而月球的体型原本就比地球小,因此日食表现在地表的范围就比较小(月食是半个地球的人都可以看到)

考虑到月底距离、日地距离、月球尺寸以及太阳尺寸,这二者在我们的视觉上所占据的面积基本是一样大小,因此当三者连成一线时,就会出现一种叫做日全食的日食现象。而日全食现象最能体现日食的表现范围要明显比月食小,如下图所示:

日食月食的形成(日食和月食是如何形成的?)

日全食出现在本影覆盖的地表区域,并且某一时刻地球表面能够看到日全食的区域直径不会超过270公里,而其余受半影覆盖的区域,则看到的是日偏食。再考虑到地球自转等因素,这个日全食本影覆盖的区域,几分钟就要更新一个,因此你站在地表某处观察日全食,顶多持续六七分钟,之后就变成日偏食了。

日食月食的形成(日食和月食是如何形成的?)

还有一种情况,如果日食发生时,月球离地球的距离远了一些,那么本影就不会覆盖地表,因此看到的就只能是日环食了。

日食月食的形成(日食和月食是如何形成的?)

如此看来,所谓的天狗食日、天狗食月仅仅是古代科学水平不足的产物,这些现象仅仅是天体运转产生的必然结果而已,只是不会像日升日落那样天天都有,是个美丽的天文现象。

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