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日全食

日全食

 an annular total eclipse
  2009年7月22日,在铜陵、武汉、高淳、桐城、黟县、常州,无锡、苏州等城市能看得到五百年一遇的最完美的日全食,部分地区可看到日偏食。

原理

  日食和月食的“季节”。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,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。
  日、月食的发生必须是新月和满月出现在黄白交点的一定界限之内,这个界限就叫做“食限”。计算表明,对日食而言,如果新月在黄道和白道的交点附近18度左右的范围内,就可能发生日食;如果新月在黄道和白道的交点附近16度左右的范围内,则一定有日食发生。
  对月食而言,如果望月在黄道和白道的交点附近12度左右的范围内,就可能发生月食;如果望月在黄道和白道的交点附近10度左右的范围内,则一定有月食发生。
  由于黄道和白道的交点有两个,这两个交点相距180度,所以一年之中有两段时间可能发生日食和月食,这两段时间都称为“食季”,它们相距半年。
  太阳每天在黄道上向东移动约1度,由于日食的食限为18度左右的范围,太阳从黄道和白道交点以西的18度运行到黄道和白道交点以东的18度,大约需要36天,也就是说日食的每一个食季为36天。对于月食而言,它的食限为12度左右,因此月食的每一个食季就只有24天。

一年之中有几次

  日食的一个食季是36天,这个天数比一个朔望月的平均长度29.53还要长。因此在一个日食的食季内必定会发生一次日食,也可能发生两次日食。一年之中有两个日食食季,所以在一年之内至少有两次日食发生,也可能有四次日食发生(如果每个食季中都包含两个朔日的话)。
  日全食月食的一个食季为24天,这个天数比一个朔望月的平均大数29.53天还要短。因此在月食的一个食季内可能包含一个望月,也可能没有望月在内,也就是说,在这个食季内可能有一次月食发生,也可能连一次月食也不会发生。一年之中月食的食季也是有两个;”所以在一年之中,可能有两次月食发生,也可能连一次月食也不会发生。
  一年之中,日、月食的次数最多时可以达到六次,即四次日食和两次月食.但是实际上有时候一年之中的日、月食次数可以多达七次,即五次日食和两次月食,或者是四次日食和三次月食。如1935年就曾发生过五次日食和两次月食,将来的2160年也会是这样;1917年和1982年就曾发生过四次日食和三次月食。那么,为什么一年之内的日、月食会多达七次呢?
  这是由于在太阳的引力作用下,黄道和白道的交点会不断地沿着黄道从东向西移动,每年约移动20度,这个方向与太阳沿黄道运行的方向相反,因此太阳在黄道上连续两次通过同一交点所经历的时间间隔(这个间隔叫“食年”)比一年(365.2422天)要短,只有346.62天,要约少19天。这样就会产生两种情况:一种情况是一年365.2422天之内,包含了两个完整的食季和一个不完整的食季。比方说第一个食季开始1月初,那么经过346.62天一个食年之后,第三个食季就会在同一年的12月中旬开始,在这种情况下就可能发生五次日食和两次月食;另一种情况是一年365.2422天之内,包含了两个不完整的食季(一个在年头,一个在年尾)和一个完整的食季,在这种情况下就可能发生四次日食和三次月食。

一年中日、月食可能发生的次数归纳

  一年中日、月食最少有两次,而且这两次都是日食;
  一年中可能一次月食都不会发生(如1980年);
  一年中日、月食最多可以有七次:五次日食和两次月食(例如1935年),或者是四次日食和三次月食(例如1917年和 1982年)。
  一般说来,最常见的情况是一年中有四次日、月食:两次日食和两次月食。
  上面这些情况只是对全地球来说的。至于对地球的某个地点而言,一年内能看到日、月食的机会就要少得多。
  另外,从上面的数字来看,一年中日食发生的次数比月食发生的次数多,但实际上人们却往往看到月食的次数比看到日食的次数多。这是由于月食发生时,背着太阳的那半个地球上的人都可以看到;而在日食发生时,月亮的影锥只扫过地球上一个狭窄的地带,只有在这部分地区的人才能看到日食。1961年3月2日夜里发生的月食,在我国、整个亚洲以及欧洲地区都可以看到。而1968年9月22日发生的日全食,在我国只有新疆的部分地区可以看到全食,在北京只能看到日偏食,而在上海,什么也看不到。

日食和月食的周期性

  由于地球绕太阳和月亮绕地球的公转运动都有一定的规律,因此日食和月食的发生也具有其循环的周期性。
  早在古代,巴比伦人根据对日食和月食的长期统计,发现了日食和月食的发生有一个223个朔望月的周期。这个223个朔望月的周期便被称为“沙罗周期”,“沙罗”就是重复的意思。
  223个朔望月等于6585.3天(223×29.530588),即18年零11.3天,如果在这段时间内有5个闰年,那就是18年零10.3天。在这段时间内,太阳、月亮和黄白交点的相对位置在经常改变着,而经过一个沙罗周期之后,太阳、月亮和黄白交点差不多又回到原来相对的位置,因此便会出现同上一次情况相类似的日、月食,但见食的地点会有所变化,这里就不再细述了。
  在我国汉代也发现日、月食具有一个135个朔望月的周期。135个朔望月等于3986.6天,约等于11年少31天,也就是说日、月食每过11年少31天重复发生一次。这个循环周期记载在汉代的“三统历”中,因此也称为“三统历周期”。
  此外,人们还发现日、月食还有其他的循环周期。比如以358个朔望月为周期的纽康周期(合29年少20日),以235个朔望月为周期的米顿周期(合19年)等等,但这些周期都是非常粗略的,只能粗略地推算出日、月食发生的日期,并不能确定日、月食发生的准确时刻,食分的大小和见食的地区。准确的日、月食发生的时间以及交食情况,需要经过专门的严格推算,这已经是属于相当专门的历书天文学中“食论”的研究范围了。我国紫金山天文台就担负着日、月食预报的工作。

日全食基本知识

  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。 日全食说明
  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(即月面的东边缘与日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。
  
1 .日食发生规律

  每年日食最多出现5次,如果出现5次,那么一定都是偏食。地球上每年至少有2次日食。在南北极地区只能看到日偏食。日全食大约1年半发生一次。每次日食都是在日出时从某一点开始,然后沿着日食带在日没时结束。从开始点到结束点大约绕地球半圈。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,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。
  
2 .沙罗周期

  同样的日食(全食、环食和偏食)每18年零11天或者6,585.32天(沙罗周期)会发生一次,但能观测得到的地区并不一样,只是日食时间一样而已,并且日食类型也不一定一样。因为沙罗周期的长度是6,585.32天,并不是整数,所以,如果在地球同一个地点再出现一次日食(并不一定是同一类型日食),要等待3个沙罗期。在每次日食发生后的三分之一个沙罗周期会发生下一次日食,在3个沙罗期大约54年零33天之后,日食会在同一个地区重新出现。现在有12个不同的大沙罗周期出现,一个出现在1937,1955,1973,1991和2009(中国长江流域、武汉、杭州)的连续的大约7.5分钟的日食。
  
3. 日食带及月球影子

  日食带(月球影子)在赤道地区每小时移动约1,100英里,两极则达到每小时5,000英里。最宽的日全食带为167英里。在日全食经过的地区,可以看到偏食的范围最高达3,000英里。日全食带一般经过的地区是在海洋或荒无人烟的地方。
  
4 .日食原理

  发生日全食是因为太阳靠近月球轨道与地球轨道的的一个交点,而同时月球在距此点的最近的点上。发生日环食是因为太阳靠近月球轨道与地球轨道的的一个交点,而同时月球在距此点的最远的点上。

日全食的意义价值

  日全食之所以受重视,更主要的原因是它的天文观测价值巨大。科学史上有许多重大的天文学和物理学发现是利用日全食的机会做出的,而且只有通过这种机会才行。最著名的例子是1919年的 一次日全食,证实了爱因斯坦广义相对论的正确性。爱因斯坦1915年发表了在当时看来是极其难懂、也极 其难以置信的广义相对论,这种理论预言光线在巨大的引力场中会拐弯。人类能接触到的最强的引力 场就是太阳,可是太阳本身发出很强的光,远处的微弱星光在经过太阳附近时是不是拐弯了,根本看不出来。但如果发生日全食,挡住太阳光,就可以测量出来光线拐没拐弯、拐了多大的弯。机会在1919年出现 了,但全食带在南大西洋上,很遥远,也很艰苦。英国天文学家爱丁顿带着一支热情和好奇心极强的观测 队出发了。观测结果与爱因斯坦事先计算的结果十分吻合,从此相对论得到世人的承认。
  在中国,前两次日全食都只能在边远地区看到。一次是在1980年,只有中缅边境云南瑞丽地区可见, 那时候笔者刚上初中,正是个狂热的少年天文爱好者,可惜没有经济能力,只能通过《天文爱好者》杂志过过干瘾。另一次是在1997年春节之后,在中俄边境、中国的最北端漠河可见。那次笔者是奉了报社之命前去采访的,同时也了却自己少年时的梦想。那次的观测规模之大,出乎想象,世界各国的天文学家和天 文爱好者,把个平时人迹罕至的北疆小镇挤得比过年还热闹,由于人数大大超出小镇的接待能力,人们只能宿营在火车和汽车上。当时那里还是冬天,白天气温零下25摄氏度左右,夜里能到零下40摄氏度,滴水 成冰,人们连洗脸漱口的水都找不到。尽管如此,观测者们没有一个后悔的,没有一个不兴奋异常的,都 把亲眼看到日全食,当成人生中不可多得的珍贵记忆。日全食之类的天文现象,要说与人们的日常生活、 吃喝拉撒,确实是没有什么直接关系。但是,它代表了一种终极的人文关怀,代表了一种对大自然的极度 热爱,代表了对支配万事万物的自然铁律的一种永恒的好奇和敬畏,一个国家、一个民族,不能缺少这些 关怀、这些热爱、这些好奇和这些敬畏。

日全食的历史

  1:中国观测日食历史悠久,早在公元前1948年就有人观测到了日食。中国在公元前2300多年前就有了当时最先进的天文观象台。中国历来重视日食的预报,据说夏代一位天文官因沉湎酒色,漏报日食,被砍首以警示玩忽职守者。 中国有世界上最早、最完整、最丰富的日食记录。光是古书(至清代)的 史料(不包括甲骨文),就有1000多次日食记录。最早是《尚书》记载的发生在公元前1948年的一次日食。《诗经》中更是详细记载了发生在公元前776年9月6日的日食:“十月之交,朔日辛卯,日有食之。” 世界天文学家普遍承认中国古代日食记录的可信程度最高,为世人留下了珍贵的科学文化遗产。中国古代夏、商、周时期因历史久远,缺乏精确的文字记录,因此难以精确地断代,而日食天象就像是一座相当精确的历史时钟,可以帮助确定一些历史事件的时间。
  2:古代西方一次日食中止一场战争,西洋最有名的故事记载是在西元前585年。米提斯与利比亚两族打仗,打到一半时 忽然间太阳消失不见了,两族族人害怕灾祸的到来,终于达成美好的结果- -两族讲和通婚。对于日食现象的看法,除了大溪地人把日食当成正面意义外,其他的国 家都将他作 负面的解释。譬如西元前六百多年,雅典攻打某族时,因为发生食相而害怕不敢继续前进,就因为延迟了进攻,反倒让敌方趁这段时间有了准备,结果当雅典军队进攻敌方时,反而被打败了。
  3:根据杰出历史文化学者、青年词曲作家申宝峰长期考究汉朝古墓中的日食记得出:各民族对日全食有着如天狗吃日、狼逐日等等不同的解释,并有其各自解决的方法。 中国古时候,民间是以 敲锣打鼓的方式来对付;由于日全食的时间通常很短(至多七分半钟) ,所以在人们敲敲打打后,太阳可能就会马上重现,因而免除了人们的惊慌。 中国对日食的记载很早,在汉朝的墓中就挖出许多石头,这些石头上刻画了很多日月星辰的图形,其中一个画有「日月合璧」 ,亦即太阳与月亮叠在一起,这就是当时的日食记录。中国人对日食的科学解释为阴侵阳,中国很早就知道视为「阴」的月亮,遮蔽了视为「阳」的太阳,而造成日食现象。 古时候有「月盈则食」的说法 ,意指月食现象发生都是在满月之时。 日食发生时,中国古代朝廷也会有所行动;中国人认为天代表大自然,太阳在大自然里有着最崇高的地位,皇帝称为天子,则意指其为上天派来管理人民的。既然天代表皇帝的父亲,它会透过太阳表面上的现象来警告其地上的代理人--皇帝,明示他做错什么事情、有什 么事情要小心等等;于是,透过各种征兆呈现出来,日食就是一个常被利用的状况。根据古书避镇殿记载,汉朝每当发生日食时,皇帝就不到大殿做早朝,而到偏殿旁的小殿进行早朝,并且一切从简。

日食发生时的影响及现象

  发生日全食时,光线穿过树叶的缝隙投影出新月的影子。发生日全食时,动物常常准备睡觉,或行为异常。发生日全食时,当地的温度通常会下降至少20度以上。当99 %的太阳表面被覆盖时,能看到的晨昏蒙影现象。在日全食期间,地平线的周围会有一个窄的光带,这是因为观察者并不是直接站在月亮的影子下面,地球和月亮有一定的距离。在现代的原子钟出现之前,天文学家通过对日食的古代记录进行研究,发现地球旋转的周期每个世纪变慢了0.001秒。
  日全食过程日食过程
  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。
  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。
  生光
  对日偏食来说,食甚是太阳被月亮遮去最多的时刻。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。

本世纪中国境内的日食

 2009年7月22日
  [1]两年前,国际天文学联合会日食组主席杰·巴萨乔夫教授宣布,2009年7月22日,在中国境内可以观测到21世纪以来人类可以观测到的时间最长的一次日全食。
  这次日全食的最佳观测区在长江流域。
  在长江流域一条长长的观测带上,浙江省安吉县天荒坪抽水蓄能电站上水库是全球最佳观测点。浙北小城安吉因此名扬全球。
  因为那次日全食带横扫整个中国人口稠密的长江三角洲城市群,备受关注。
  2009年7月22日早晨8点可以观测到持续6分钟的日全食。
  500年一遇的日全食奇观将于今年7月22日上午发生,最精彩的部分将从上午9时至9时38分(北京时间)开始,宁波全境可看到90%以上日偏食。
  以下是几点观看时须注意的小知识供大家参考:
  1、日全食百年不遇,普通市民大多不知道正确的观测方法,如果不利用专业装备就这样直视,很有可能造成永久性视力下降。特别在日全食即将结束时,如果用肉眼直视,强烈的阳光就会对眼睛造成伤害,所以观看日全食除了用专业的天文望远镜外,普通市民一定佩戴专门的太阳防护眼镜。
  2、对户外作业者来说,日全食期间,有可能出现气温骤降、风向变化、风速加大、天光突变、云层变化等难以预料的情况,因此,从事户外作业、行走、旅游等人群,尤其是高空作业者,此时应该注意自身的安全,在该时段最好离开高空作业现场。
  3、 对驾驶员朋友来说,在日全食持续的这几分钟时间里,千万别忘了安全行驶,如想观看日全食,最好靠边停车,并开启双跳灯,千万别边开车边观看。
  7月22日我国将出现五百年一遇的日全食2008年8月1日
  这次日食的食分为1.039,全食最长持续时间为2分27秒,北美洲东北部、欧洲和亚洲部分地区可见,其中加拿大北部、格陵兰、俄罗斯新西伯利亚、蒙古和中国的新疆维吾尔自治区、甘肃省、宁夏回族自治区、陕西省、山西省、河南省部分地区可见全食。
  在中国境内,考虑到太阳高度、地理和交通等综合因素,甘肃省金昌市是一个较佳的观测地点,月球本影中心将从金昌市市中心以北仅12千米处经过,可以获得长度约1分45秒的日全食时间。

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