日食七問：為什么日全食10億年后會消失

日全食成因示意圖

????為什么日全食10億年后會消失

????地月系統(tǒng)在太陽系中非常獨(dú)特，因?yàn)槟壳皬牡厍虮砻婵矗挥羞@個體系中的月球的角大小跟太陽的角大小相匹配。這意味著在這個軌道上，月球有時確實(shí)能遮蓋住太陽，讓觀測者在大中午突然陷入可怕的黑暗中。但是月球的軌道并不穩(wěn)定。由于存在潮汐摩擦力，月球的軌道慢慢變得越來越大，因此從地球上看，月球的角大小變得越來越小。當(dāng)我們到

????太陽直徑是87萬英里(140萬公里)。目前太陽的角直徑從32.7弧分到31.6弧分不等。另一方面，月球的直徑是2160英里(3476公里)，與地球之間的距離變化是，在近地點(diǎn)是22.1218萬英里(35.6萬公里)，在遠(yuǎn)地點(diǎn)是25.2288萬英里(40.6萬公里)。這意味著它的角大小范圍是從33.5弧度秒到29.43弧度秒。因此月球和太陽的角大小相等形成全食的機(jī)會很多。然而月球的軌道每年增加大約0.4英寸(1厘米)，所以當(dāng)月球漂到距離地球大約1.2552萬英里(2.02萬公里)的地方以外時，它距離最近的點(diǎn)都將非常遙遠(yuǎn)，因此它的盤看起來明顯會比太陽的更小。月球的軌道以每年幾乎接近1英寸(2厘米)的速度增加，大約還要10億年日全食現(xiàn)象才會消失。然而在這段時間內(nèi)，太陽自己的體積會稍微增加一些，這一結(jié)果將導(dǎo)致“ 沒有日全食的”現(xiàn)象會在10億年之前發(fā)生。

????為什么日食不在新月時發(fā)生

????只有當(dāng)一顆行星的衛(wèi)星與黃道面(位于經(jīng)過太陽中心和地心的一條直線上)呈0.5度角時，日食才會發(fā)生。月球圍繞一個與黃道面呈5度角的軌道運(yùn)行，因此每個月月球只有兩次機(jī)會經(jīng)過黃道的平面，它通過的這兩點(diǎn)被稱作升交點(diǎn)和降交點(diǎn)。這兩點(diǎn)與地月系統(tǒng)的重心(圍繞兩個天體軌道的點(diǎn)，這里大致是地球的中心)相連產(chǎn)生的線被定義為“交點(diǎn)線”。如果這條交點(diǎn)線與從太陽和地球中心延伸出來的一條線能合并在一起，太陽和月球的食將會發(fā)生。

????月球必須與升交點(diǎn)或降交點(diǎn)呈0.5度角，太陽圓盤才能部分或全部不被覆蓋形成日食。關(guān)于為什么月食不在每個滿月(位于從地球到太陽的相反點(diǎn))的時候發(fā)生的問題，也存在一個具有爭議性的類似解釋。

????日食和月食哪個發(fā)生次數(shù)更多

????根據(jù)弗雷德·惠普爾的書《地球、月球和行星》上說，日食比較常見，它每年發(fā)生2到5次，但是地球上能看到全食的范圍僅有幾英里寬。在地球上的任何一個指定地點(diǎn)，日全食的發(fā)生率僅為每360年一次。由地球的陰影產(chǎn)生的月食比日食更少見，然而每次月食大約能覆蓋地球表面的大半部分。在任何指定地點(diǎn)，你每年能看到3次月食，但是有些年份連一次月食也看不到。在任何一個歷年，食出現(xiàn)的最多次數(shù)是日食4次，月食3次。

????日食會影響人類嗎

????目前沒有證據(jù)能證明日食會對人的身體產(chǎn)生影響，然而這種自然現(xiàn)象已經(jīng)給人們的心理造成嚴(yán)重影響。多個世紀(jì)以來，日食一直被每一個已知的文明社會解釋成是末日征兆。這些過激的反應(yīng)導(dǎo)致人類對日食感到既敬畏，又迷惑。雖然日食沒對人體造成直接影響，但是它造成的心理影響給人體間接帶來不好的結(jié)果。

????什么是影帶

????觀測者在日全食發(fā)生的前幾秒看到的大部分短暫現(xiàn)象中，就包括影帶。它們看起來像很多模糊的緞帶，只要將一張幾英尺見方的白紙放在地上，就能看到它們。它們看起來就像池底陽光留下的漣漪。而且每個日食的影帶可見度都各不相同。19世紀(jì)的觀測者將它們解釋成是一些類型的衍射現(xiàn)象產(chǎn)生的干擾帶。然而，太陽很難是一個“點(diǎn)源”，而且影帶的模式比你能期望衍射現(xiàn)象產(chǎn)生的模式更隨意。

????不過有關(guān)這一現(xiàn)象的一種最簡單的解釋是，它們在大氣的騷動干擾過程中產(chǎn)生。在光線穿過大氣中的漩渦時，出現(xiàn)了折射現(xiàn)象。非常遙遠(yuǎn)的地方的光源看起來就像一些“閃光”，但是在大型天體附近，射來的光能分裂成干擾束，到達(dá)地面再進(jìn)行重新組合，形成斑駁的光斑和暗色帶狀物，或者是帶狀物的一部分。在全食附近，太陽的影像只是一個僅有幾弧度秒寬的細(xì)細(xì)的新月形，它的大小大約就跟在地面上看到的大氣漩渦的大小一樣。之所以會產(chǎn)生帶狀物，是因?yàn)樘柕挠跋竦囊贿叡攘硪贿呴L。影帶的移動速度并不像我們期望的那樣，并不是跟日食同步，它的速度是由大氣漩渦的運(yùn)動速度決定。

????電腦如何預(yù)測日食

????要預(yù)測日食，天文學(xué)家首先要計算出地球和月球的軌道力學(xué)，看看它們在3個天體之間的重力場影響下，是如何圍繞太陽運(yùn)轉(zhuǎn)的。他們通過牛頓的運(yùn)動定律，將這些天體擁有有限的體積和不完美的球體，以及地球和月球不是同一類天體等情況考慮在內(nèi)后，計算出三者在三維空間中的運(yùn)動狀態(tài)。他們通過仔細(xì)觀察，然后將這些復(fù)雜的公式與地球和月球的目前狀況及速度結(jié)合，再用電腦向前或向后“推算”，及時繪制出從地球上的有利地點(diǎn)看到的月球和太陽的相對位置運(yùn)行軌跡。日食是這些天體的特殊結(jié)構(gòu)，通過電腦可以確定。目前日食預(yù)測的精確度是，在數(shù)百年的時間間隔內(nèi)，誤差小于1分鐘。

????什么是沙羅周期

????沙羅周期是日食和月食的周期，是指月球在它的軌道盤上運(yùn)行一周(以便月球交點(diǎn)沿著軌道公轉(zhuǎn)一周)所需的時間——18年零10天。這個 “Nordical”周期幾乎跟沙羅周期期間的一個太陰月(223 x 29.53 天= 6,585.19 天)的整數(shù)相等。因?yàn)樯沉_周期的真正長度是6585.32天，因此你必須等三個沙羅周期，才能在地球上的相同地點(diǎn)看到日食再次發(fā)生。世界各地在沙羅周期中的連續(xù)食，有三分之一的是通過這種方式發(fā)生的，在3個沙羅周期后，即54年零33天后，日食幾乎又在相同的地理位置出現(xiàn)。12個不同的主要沙羅日食 (Grand Saros eclipse)現(xiàn)在正在發(fā)生，其中一個的食分別發(fā)生在1937年、1955年、1973年、1991年和2009年，每一次食的持續(xù)時間都在7.5分鐘內(nèi)。(孝文)