日蚀

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  日蚀原理
  日蚀一定发生在朔,即农历初一当日。此时月球位于地球和太阳之间,但因地球轨道(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,而日蚀发生时,日月两者皆一定在“黄白交点”(升交点或降交点)附近。
  《说文》说“日蚀则朔,月蚀则望”,唐代诗人卢仝的诗句“望日蚀月月光灭,朔月掩日日光缺”,即讲述月蚀发生于望,日蚀发生于朔的道理。
  理论上日全蚀只发生在月亮的远日区。根据计算,月亮的远日点与太阳的远日点同时发生时,地球能够观看全日食窗口的宽度约208千米,月亮的远日点与太阳的近日点发生时,地球能够观看全日蚀窗口的宽度约100千米(只有本影区而无半影区)。至于月球在近日点时,地球每一个角落就都只能观测到日环蚀,也就是太阳的半影区与本影区重叠。
  日蚀,又作日食,是一种天文现象,只在月球运行至太阳与地球之间时发生。这时,对地球上的部分地区来说,月球位于太阳前方,因此来自太阳的部分或全部光线被挡住,看起来好像是太阳的一部分或全部消失了。日蚀分为四种,包括日全蚀、日环蚀、日偏蚀及全环蚀,其中较罕见的是全环蚀,只发生在地球表面与月球本影尖端非常接近的情形下,这时不同地区会出现日偏蚀、日全蚀和日环蚀三种不同的日蚀。
  日蚀种类
  日偏蚀:造成日偏食的原因是因为观测者落在月球的半影区中,观测者会看见一部分的太阳被月球的阴影遮盖,但另一部分仍继续发光。最近一次不伴随其他蚀相的日偏蚀发生于2011年11月25日,下一次的不伴随其他食相的日偏蚀将发生于2014年10月23日。
  日全蚀:太阳比月球宽400倍,但离地球也是400倍远。由于对称的缘故,月球的暗影,也就是落在地球表面的阴影,宽度正好可以遮住整个太阳。太阳光球完全被月球遮住,原本明亮的太阳圆盘被黑色的月球阴影遮盖。最近一次日全蚀发生于2012年11月13日,下一次的日全蚀将发生于2015年3月20日。
  日环蚀:当月球处于远地点时,月球的本影锥不能到达地球;到达地球的是由本影锥延长出的伪本影锥。此时月球的视直径略小于太阳。因此,这时太阳边缘的光球仍可见,形成一环绕在月球阴影周围的亮环。最近一次日环蚀发生于2013年5月10日。
  全环蚀:全环蚀只发生在地球表面与月球本影尖端非常接近,或月球与地球表面的距离和月本影的长度很接近的情形下。由于地球为球体之关系,而本影影锥接触地球时为日全蚀,在食带两端由于影锥未能接触地球,致只能有伪本影到达地球之下,所看到的是日环蚀。全环蚀发生机率甚少,最近一次全环蚀发生于2013年11月3日。
  日蚀的周期
  如果知道一次日蚀的时间和地点,就有可能利用日蚀周期推测其他的日蚀。有两个已知的周期是saros和inex。沙罗周期可能是最明和最精确的一个日蚀周期,依内克斯本身就不是个明确的周期,但是在日蚀周期的分类上非常有用。在一个沙罗序列完成后,新的序列会晚一个依内科斯周期才开始,它的名称:in-ex,就是这样来的。
  沙罗周期
  沙罗周期是18年11天又8小时的蚀的周期,可以用来预测太阳和月球的蚀。经过一个沙罗周期,太阳、地球和月球回到相似的几何对应位置上,于是将发生几乎相同的蚀。
  沙罗周期的日数包含了1/3天的分数,不是整数使得问题更为复杂。由于地球的自转,使得经过完整的沙罗周期当天发生的食将延后约8个小时。在日蚀的情况下,这意味着能看见日食的区域将西移120°,或是三分之一个球面,因此在相同的地点上,每三次只能看见其中的一次。在月蚀的情况下,下一次的月蚀在相同的地点上看见月球在地平线上的时间可能是一样的长,但如果等待三次沙罗周期之后的月蚀会在当天几乎相同的时间出现,这就是所谓的3沙罗周期。
  沙罗序列
  沙罗周期根据223个朔望月、239个近点月和242个交点月,但是因为相互的关系不是完美的,相隔一个沙罗周期的两次蚀,在几何的关系上还是有少许的不同。实际上,太阳和月球在合时的位置在每次沙罗周期的交点仍相差了大约0.5°,这牵扯出一系列的蚀,而每次看见的情形都有少许的改变,称为沙罗序列。
  每个沙罗序列由偏食开始,每经历一个沙罗周期,月球的路径就会向北移或向南移。在某一个点上,食不再能够发生,这个序列就结束了。每个序列大约持续1226年至1550年不等,每个序列有69至87次的日蚀,大多数都是71或72次。每个序列有39至59次中心蚀 (多数是43次,包括全蚀、环蚀与全环蚀)。
  日蚀的观测与研究
  日全蚀(全环蚀包含在此)的研究价值远高于其他几种日蚀,因为能完全掩盖光球的强光,观测日全蚀时,人们能直视色球层和日冕等太阳大气,故观测日全食是天文学家研究太阳大气的大好时机。
  中国是世界上最早观测日蚀的国家之一,从最早关于日蚀的文字记载至今已有四千多年。记录于夏代中康时期的“书经日蚀”是世界上最早的日蚀记录。汉朝时京房发明以盆盛水观测日食,从而避免直视太阳被日光灼伤危险。此后有用油代水进一步减轻日光灼伤。元朝郭守敬发明仰仪来测定日蚀时刻。
  日蚀观测注意事项
  在观测日蚀时,不应当直接目视太阳,即使是在黄昏或日环蚀时,刺眼的太阳光(光球)也会引起视网膜破坏而影响视力。如果要直视太阳,需使用保护措施,如专用于目视太阳观测的滤光片、焊接用14号或以上的护目眼镜。否则要用投影法观看。以墨水倒影,隔着烟熏黑的玻璃、已曝光的底片(含有银的黑白底片除外)、太阳眼镜、偏振光滤镜等,因为不能过滤红外线和紫外线,减光效果不佳,皆不安全。
  最后的日全蚀
  因为偶然情况下组合的环境,地球上得以看见日蚀,甚至今天人类在地球上熟习的日蚀型式也是暂时的现象。在数亿年之前,月球太靠近地球,以致只有现如今的日全食 (没有日环蚀)。而由于潮汐加速,月球环绕地球的轨道以每年增加3.8厘米的速率远离地球。估计在6亿年之后,地球和月球的距离会增加23500千米,这意味着,即使月球在近地点,地球在远日点,月球仍不能完全遮盖掉太阳的盘面。因此,月球将会离地球太远而不再发生日全蚀。
  日蚀的传说与趣闻
  在世界各国的一些古老传说里,都提到日蚀是怪物正在吞食太阳。
  古代斯堪的纳维亚人部族认为日蚀是天狼食日;越南人说那食日的大妖怪是只大青蛙;阿根廷人说那是只美洲虎;西伯利亚人说是个吸血僵尸;印度人则说是怪兽。
  每当日蚀时,阿斯特克人的女人都会歇斯底里的叫喊,因为她们认为这是魔鬼即将降临世间吃掉人类的信号。对于日蚀发生的原因,斯堪的纳维亚人认为是两只叫做“斯科尔”和“海蒂”的天狼在互相追逐;在印度神话中,人们把太阳突然消失归于一个叫拉胡的魔鬼,认为是他把太阳咬了一口,从而造成日蚀。
  而在中国的民间传说中,日蚀是天狗造成的。
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