专业的营销型网站培训中心,建设网站目的是什么,郑州医科大附属男科医院,网站被降权了怎么办关注风云之声提升思维层次导读说好的日环食呢#xff0c;为什么上周很多人只等到了日偏食?日食月食的时间和种类是怎么预测的?你真的弄懂了各种日食和月食的成因吗#xff1f;你了解它们有什么区别和联系#xff0c;又遵循什么样的时间规律吗? 日食和月食发生的频率一样吗… 关注风云之声提升思维层次导读说好的日环食呢为什么上周很多人只等到了日偏食?日食月食的时间和种类是怎么预测的?你真的弄懂了各种日食和月食的成因吗你了解它们有什么区别和联系又遵循什么样的时间规律吗? 日食和月食发生的频率一样吗什么是全环混合日食半影月食和月偏食是一回事吗 “阴晴圆缺“的月相是怎么形成的月相与日食月食有没有什么关系月食时的血月是怎么形成的随便看一眼月亮你就能根据月亮的位置大概判断当时是几点钟吗?日全食会永远消失吗相信读完本文当你理解了之后这一切就变成了有趣的常识你会有各种各样意想不到的收获。撰文 | 满威宁如果有新闻说找到一批三国时期的竹简那些文字表明诸葛亮的生辰是七月初八那天天降异象“日蚀之”。你的第一反应会是什么?如果有人为终于找到原始文献记载诸葛亮的生辰而高兴或有人沉思疑惑“日蚀之主贼生”不是吉兆。你能不能马上笃定地告诉对方别琢磨了这消息一定是假的你知道为什么吗?我经常问我的学生和我自己这个问题“如果只带着现在自己脑子里的东西穿越到古代你能做什么养活自己或者还可能做成点什么改变世界?”我们站在几千年人类文明的肩上比起古人我们到底多会些什么又到底多懂了哪些常识比如《春秋》这部编年史记载了公元前722到前479年共244年中的37次日食。古人无法理解日食和月食用天象战战兢兢地占卜着吉凶。如果我们穿越到古代能够准确预测日食月食和编历法的话不仅可以养活自己大概还会被奉若神明吧。下图按时间顺序编号展示了未来十年的各种日食和可观测区域。文末附有图表详细列举了未来11年世界各地所有的日食和月食的时间和可观测范围。图片来源timeanddate.com图中红色飘带代表日全食或者日环食的观测区域,而黄色阴影区域标识了纯日偏食的观测范围。2020年6月21的日环食吸引了广泛的注意很多人遗憾地问“为什么我们只等到了日偏食下次日食要等到什么时候”在中国西部地区2022年10月25日能再看到日偏食(黄色区域标号6)。而北美洲未来的两次日食将出现在2023年10月14日(日环食红色飘带标号8)和2024年4月8日(日全食红色飘带标号9)。错过今年6月21日中国中部和东部地区要等到2030年6月1日才能再见到日食。想对日食月食发生的时间和可观测范围给予精确的计算和预测, 前提是弄清楚日食月食形成的基本原理。本影、半影、伪本影与无影灯众所周知在均匀的介质中光沿直线传播。从一个点光源发出的光如果被物体遮挡就会根据物体的轮廓形成一个清晰的黑影子。可现实中多数的光源(从太阳到台灯)都不是一个点而是有一定的尺寸相当于无穷多个点光源的组合。这些所有点光源的影子重叠在一起就会形成所谓的本影和半影。半影本影的形成示意图 | 图片来源: 作者从光源最外侧的点出发画出沿直线前进的光线以及物体后方的阴影区域所有阴影都重叠的位置就是本影这里没有光线到达。被一部分光源照亮的阴影区就是半影换句话说在半影能看见部分的光源半影区没有那么黑。本影大小与距离的关系 | 图片来源作者 借用晚上室内的灯光用手在桌上或墙上做做影子游戏你就可以明显地看到手与墙面之间的距离对本影和半影所占的面积比例的影响物体越远离投影的屏幕屏幕上本影占的面积比例越小。那么有没有可能让本影彻底消失呢是的继续玩影子游戏你会发现当物体与投影屏幕的距离大到一定的程度(或者光源的尺寸与物体相比大过一定的程度)对应的无穷多个影子就不再能全部重叠于任何区域此时屏幕上的所有位置都接受到某部分光源的光线本影消失了。图片来源http://www.sdxkylkj.com/upload/201903/23/201903231109493067.jpg (左)这其实就是手术台上的无影灯的原理手术台上的所有区域都处在半影中被很多光源从各个角度均匀照亮的半影就是无影的效果。本影半影伪本影区 | 图片来源维基百科总之本影区是不透明物体后方完全不被照亮的区域(a)半影区是被部分光源照亮的区域(b)。而本影区的延伸区域(c)有点特殊光源外围的光线可以到达这个区域而光源中心的光线不能到达。所以在这里会看到中间被遮挡的光源这个区域被叫做伪本影区。远离物体本影消失后伪本影区出现。各种日食的形成有了本影、半影和伪本影的知识彻底理解各种日食的形成原理就很容易了。太阳的直径是月球直径的400.5倍(体积是6400万倍)而太阳到地球的平均距离是月球到地球的平均距离的395倍所以从地面看起来太阳和月亮差不多大在月球运行到日地连线之间时能遮住太阳形成日食。比如说当月球遮挡阳光在地球表面投射出本影和半影的时候本影区域内的人就会观察到日全食(Total Solar Eclipse在那个时刻完全看不见太阳)而在半影区域的人会看到被月球遮挡了一部分的太阳观测到日偏食(Partial Solar Eclipse)。图片来源教科版小学科学六年级下册《日食和月食》课件因为月球和地球的公转轨道都是椭圆地月距离会在35.039.9万公里之间发生百分之十几的变化地日距离会在1.47亿1.52亿公里之间发生百分之三的变化。所以当地月距离远一些地表可能离开了月球的本影区进入了月球的伪本影区。在且只有在伪本影区内能看到中间被挡住的环形太阳——日环食(Annular Solar Eclipse)此时半影区域的人仍然观测到日偏食。因为日月的直径之比与日月分别到地球距离的之比很接近所以地表的位置通常很接近月球本影区和伪本影区的分界点。于是无论月球的本影还是伪本影出现在地表都是很小的一个区域。这就是为什么能观察到日全食或日环食的区域比能观察到日偏食的区域少得多的原因。在日食发生期间月球一直围绕地球从西往东转日月连线的方向一直在变化(加上地球自转和公转的影响)月球的本影或伪本影会在地表覆盖出一条长而窄的带状区域此带状区域内的人们自西向东会在不同的时刻观看到日全食或日环食。而半影则会在本影周围覆盖更广的偏食观测区域。图片来源http://beagle.lamost.org/blog/content/uploadfile/201912/abf21575341865.gif混合日食原理示意图丨图片来源timeanddate.com更罕见的是如果在一次日食期间月球的伪本影和本影先后投影在地球上则能在不同的地方分别观测到日环食和日全食。那是地表位置紧临着月球本影和伪本影分界点才可能出现的现象被称为混合日食或者日全环食(Hybrid or Annular/Total Solar Eclipse)。上次全环食发生在2013年而下一次将发生在2023年4月20日在澳大利亚附近可见。其实也并不是每一次出现日食的时候都存在日全食区或者日环食区。在有些日食的整个过程中地球都只进入了月球的半影区的一侧地表始终没有出现本影或伪本影这类日食就是纯粹的日偏食。现在我们就能很好地理解下图中红色细带状的日全食或日环食观测区和黄色大范围的纯粹日偏食观测区了。图片来源timeanddate.com各种月食的产生记得小学的时候爬到5楼天台看月食书上说月食是因为地球挡住了月亮小伙伴边看边评论“地球明明在我脚下怎么挡住了天上的月亮”你能解释清楚吗还有你是否觉得新闻报道里的月食似乎远多于日食为什么呢月食发生的频率真的远比日食高吗分析月食和日食的最大不同在于要考虑月亮本身不发光月光是月亮对太阳光的反射。大家都知道当地球在太阳和月亮之间遮挡了原本射向月球的阳光就会形成月食。讨论月食最常见的一个错误就是误以为月亮进入地球半影区的时候就得到月偏食。图片来源作者其实即使月球整体都在地球的半影区内地球也只遮住了一部分来自太阳的光线。此时月球朝向太阳的这一面全都能够看到日偏食也全都有太阳光可反射这时的月面并不会因为地球的半影而缺失一块仅会在亮度上减弱。所以这并不是月偏食而被叫做半影月食(Penumbral Lunar Eclipse)——局部或整体亮度减弱并非某处月面彻底缺失。而只有当一部分月球开始进入地球的本影时这一部分月球才彻底失去太阳的照耀此时才开始月偏食。月食的月面缺失是从月球进入地球本影区开始的直至完全走出本影区而结束。在这个过程中如果存在一个时间段让整个月球都进入地球的本影区那就是月全食(Total Lunar Eclipse)在食甚的时候“天狗”会完全“吃掉”月亮。如果月球始终没有完全进入地球的本影则只会看到月偏食(Partial Lunar Eclipse)。“天狗”好像只咬了几口又就吐了出来没有吞掉月亮如下图所示。图片来源http://www.kaimalo.com/ 月食和日食另一个很大的不同在于日食发生的时候只能在(伪)本影和半影的小范围内可以观测。可月食发生的时候面向月球的那半个地球都能同时观测。再加上整个过程中地球的自转效果导致每次有月食发生在大半个地球范围内都能看到(至少一部分过程)。这就是为什么我们在各地能观察到的月食都比日食要多的主要原因。2020年共有四次半影月食7月5日这次美洲欧洲非洲可见而11月30日那次中美皆可见2021年则有一次月全食一次月偏食都是中美皆可见。图片来源timeanddate.com那么为什么我们不曾听说月环食呢? 在月亮上有可能观察到日环食吗? 在任何位置可能观测到因地球遮挡阳光而形成的月环食吗? 还有如何根据曲率半径一眼分辨一副过曝的黑白照片是日偏食还是月偏食? 诸如此类的有趣问题。如果你真正理解了以上信息并且能考虑太阳直径是地球的109倍以及前面提到的日月地之间的距离差异相信你会有清晰的回答。伴随月食的血月是怎么回事当月球完全进入于地球的本影区内时按说太阳光不能到达月亮所以通常在人们的想象中一次完整的月全食演化应该是左图这样的图片来源Getty Images/Science Author--DR FRED ESPENAK可实际上我们却经常看到或者拍到右图这样的月食演化在月全食食甚的时候我们可以看到一个暗淡的暗红色的月亮人们称它为血月。(事实上血月比正常白色的月光要暗淡很多右图中心照片经过亮度调整并叠加才能如此呈现。)在月偏食期间当大部分月面进入地球本影后也会呈现微弱的暗红色(而不是完全黑掉)。这是怎么回事呢地球表面有厚厚的大气层大气可以折射阳光还可以朝不同方向散射阳光所以即使在地球本影区内仍然不是彻底漆黑。极其微量的光会在被地球大气层折射后绕过地球到达月球表面。另外大气中微小水滴和尘埃对各个颜色的光朝不同方向进行米散射(Mie scattering)形成不透明的雾和霾。而干净干燥没有雾霾的大气层只有空气分子对阳光进行瑞利散射(Rayleigh scattering)。瑞利散射偏好短波长的蓝紫光于是我们晴天能看到湛蓝的天空在空间站能看到地球被呈现湛蓝色的大气层包围。而长波长的红橙色光更容易穿越大气层因此地平线附近的夕阳看起来是红的。也因为如此穿过地球大气层拐弯抵达月球的微弱的光不仅暗淡而且偏红其余颜色因瑞利散射所剩无几。要知道月球就像张白纸或者石头用强白光照它它呈现亮白色; 用弱红光照它它呈现暗红色。当月球因月食非常暗淡时拐弯抵达月面的微弱红光才得以呈现。这就形成了吸血鬼小说中常见的月食过程中的血月。这与月升月落时偏红黄还有夕阳偏红黄的原理不太一样。日出日落和月出月落偏红都是在大气层内朝地平线方向看到的效果。而即使到大气层外太空里去看月食期间的血月也是暗红的。然后你再想想这种血月会在半影月食的时候呈现吗为什么呢关于月相你可能不知道的那些事“人有悲欢离合月有阴晴圆缺此事古难全。”古今中外都有人为月相的变化留下过动人的文字。月相到底是如何形成的月相与日食月食的关系又是如何月相形成原理丨图片来源作者理解月相的关键仍然是不要忘记月亮本身是不发光的我们看到的月亮只是被太阳照亮的那一部分。在一间漆黑的屋子里拿一个球甚至一个橙子用手电筒或者台灯远远地照亮这个球你会看到这个球永远只有一半被照亮。而我们从不同的角度观察它就会看到所有的月相。月球的相(上)和金星的相(下)丨图片来源https://skyandtelescope.org/online-gallery/phases-of-moon-venus/“缺失”的那部分月亮当然还在那里只是没被阳光照亮而已。其实有时候来自地球的反光能照到那部分月亮让缺失那部分月亮也呈现出黯淡的轮廓。另外不仅月亮有月相各大行星也有变化的“相”因为行星也不发光也只有被太阳照亮的那一面是亮的。金星相(见上图右下方)跟月相原理一样形状类似可以通过望远镜清晰地拍到。如图所示当阳光从右侧照来月球只有右侧被照亮。而月球公转周期是27.3天加上地球在这段时间走过的路程月亮要约29.5天(农历一个月)才相对于日地连线完整地转一圈。在右图中我们把的日地连线始终固定在左右方向并画出月亮相对于日地连线在农历一个月内的位置变化。月相变化示意图 | 图片来源作者(左)www .kaimalo.com (右)当月球与太阳都在地球的同一侧月球被太阳照亮的那一面就背对地球从地球上看过去月相最小甚至一点都没有农历把这一天定为初一。相反当月球恰好与太阳分在地球的两侧月球被太阳照亮的那一面正对着地球在地球上会看到满月那是农历的十五十六。在农历一个月的时间之内月地连线相对于日地连线的角度连续变化从地球往月亮看就会看从朔月、娥眉月、半月、凸月到满月再一步一步回到残月、新月的变化。说到这里不由想起一则新闻一小学生作文描写天上挂着太阳还挂着半个月亮。老师批评说太阳出来时月亮就落山了。真的是这样吗事实上仅仅只在满月的日子日与月是正对着分居于地球两侧自转的地球上某处经历日落的同时会迎来月出。同理月落与日出大致同步但这仅限于满月之日。在农历月初一的时候月球与太阳在地球的同侧。在地球上会看到月亮几乎与太阳同时升起同时落下。其实整个白天月亮都跟太阳一起挂在天上。只是这一天月亮对着地球的那一面基本没有被太阳照亮朔月太细太小在明亮的太阳附近很难被看见。所以农历初一的月出时间接近日出的时间而到农历十五月出时间变成了日落时间。在这之间期间月升和月落的时间连续变化每天比前一天晚四十几分钟经过一个月相周期(29.5天)又回到初一的情况与日出日落几乎同步。于是不仅白天可以根据太阳在什么方位大致估算时间夜晚看看月亮也能估计时间。不过首先要根据月相的大小估计一下农历的日子换算下当天月出月落的大致时间再比较月亮此时的位置才能估时。正因如此在农历的下半月月亮每天都比日落更晚出来黄昏过后和前半夜可能还看不到月亮反倒在上午容易看到半个月亮。而在农历的上半月月亮早就已经升起来了到后半夜就已经落下去了往往在下午容易看到半个月亮。下次当我们哼歌“夜色茫茫罩四周天边新月如钩”的时候要知道新月如钩跟太阳在地球的同一侧。傍晚之后的新月其实快落下了得往西边看才能看到(农历月初)快黎明的时候新月其实刚刚升起得往东边看(农历月末)。你想过吗日食、月食和月相的关系读到这里细心的读者会发现日月地连成一线月球挡住太阳——日食发生的时候只能是月相几乎为零的日子(农历初一)。而日地月连成一线地球挡住射向月球的阳光——月食发生的时刻只能是满月的日子(农历十五六)。于是我们可以断言农历某月初八的日食或者月食一定是杜撰的。若哪位史学家或者穿越小说家说秦王嬴政出生在正月初一或者夏历十月初一那天有月食发生你知道那准是骗人的。也有人根据以上月相图会追问既然如此为何不是每个初一都会发生日食(日月地成一线)并且每个十五都会发生月食(日地月成一线)?事实上之前的月相图是画在平面上的而月球围绕地球的公转轨道(白道)与地球公转轨道(黄道)并不在一个平面上这就是平常说的黄道白道之间的夹角(5.14度)。所以每月初一月亮都与太阳在地球的同一侧但未必能三球连成一条线。白道与黄道之间存在夹角丨图片来源作者这个夹角令三球对齐的概率大大降低所以并不是每个初一或十五都发生日食或月食。而且就算有时三球部分对齐也会有中心始终不够对齐的情况这时则会发生纯粹的日偏食和月偏食(比如月球不能完全进入地球的本影区发生纯月偏食地球只经过月球的半影区发生纯日偏食)。其实日食和月食总是相伴发生。当日食发生时月地连线和黄道在一个平面上所以在那之前或之后半个月月球绕到地球另一侧通常会也发生一次月食。(日食总是在月食两周前或者两周后发生)。通常是一次日食一次月食相伴发生(间隔半月)也有时候会有三次日月食连续发生。比如2020年6月6日的半影月食、6月21日的日食和7月5日的半影月食。考虑由万有引力主宰的地球和月球各自的公转轨道可以严格计算出地球和月球的位置随时间变化的轨迹准确预测日食和月食每次发生的时间持续的时间和可观测范围。虽然黄白交角的存在和公转轨道的椭圆性质使这样的计算具有一定的复杂性但至少读到这里我们对日月食发生的原理预测方法和与月相的关系等常识都有了清晰的了解。总之平均而言在多数的年份中都会发生两次日食和两次月食。少数年份里有三次极少数年份里可能达到四次那多半是因为比较偏的日偏食(例如2000年)或者半影月食(例如2020年)的贡献。日食的可观测范围远小于月食的所以通常平均好几年才能在某地观看到一次日偏食而由于日全食和日环食的观测范围太狭小平均要间隔近400年才能在同一个地方再观测到一次日全食。未来十年的所有日食月食汇总在此便于收藏。日食预测 | 图片来源timeanddate.com月食预测 | 图片来源timeanddate.com江边何人初见月江月何年初照人早在人类还未诞生之前日地月系统已经这样规律地运行了亿万年而人类短短几百年的科技史已经为我们揭开了太多古人不能理解的奥秘。但实际上这一切也不都是亘古不变的。比如说利用激光地月距离的测量可以精确到毫米。由于潮汐加速现在月球正以3.8厘米每年的速度远离地球。在很多亿年以前月地距离更近那时候在地球上看不到日环食。而在未来(几亿到十亿年以后)地月距离将远到让地球无法再进入月球的本影区(月球将不足以遮挡整个太阳)地球上将不再出现日全食而且到那时候太阳也演化得更亮、更难被彻底遮挡于是就只剩日环食和日偏食了。对日食月食的观测和精准预测是天体物理学里的重要话题有助于测量和验证与天体轨道有关的各种参数以及它们的变化。日全食也为排除太阳光和辐射的干扰进行科学实验提供了难得的机会。此外不仅月亮遮挡太阳形成日食行星也可以遮挡太阳形成金星凌日、水星凌日等天象行星凌日的原理与日食是一致的。“凌日法”是发现和研究太阳系外行星的两个重要方法之一。科学家对太阳系外行星的寻找和探索与科学家对宇宙起源的研究分享了2019年诺贝尔物理学奖。很大一部分太阳系外行星的发现就是靠观测那些恒星被自己的行星遮挡的亮度变化以及发生的周期而推算出的。人类对太阳系外行星对宇宙的探索在加速进步。从古人战战兢兢占卜到现在我们站在整个人类文明的肩膀上比起古人我们到底多掌握了哪些常识多理解了哪些原理如果不能带别的东西只带着你大脑里的一切穿越回古代你能够做些什么古人做不到的是值得经常思考的问题。资料来源[1] www.timeanddate.com 拓展阅读错过今天再等十年安全观测日环食全指南 | 返朴实例剖析中美科学启蒙教育到底有啥不一样| 满威宁用中学生能看懂的语言介绍2016年物理学诺贝尔奖 | 满威宁背景简介文章于2020年6月28日年发表于微信公众号 返朴(为何你没见到日环食你不知道的天象常识原来还有这么多)风云之声获授权转载。责任编辑祝阳
