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,这个界限就叫作“食限”。太阳的运行轨道称为黄道,月亮的运行轨道称为白道。计算表明,对日食而言,如果新月在黄道和白道的交点附近l8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l6度左右的范围内,则一定会发生日食。
对月食而言,如果望月在黄道和白道的交点附近l2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l0度左右的范围内,则一定会发生月食。
由于黄道和白道的交点有两个,这两个交点相距l80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”,它们相差半年。
日食
太阳每天在黄道上向东移动约l度,由于日食的食限为l8度左右的范围,太阳从黄道和白道交点以西的l8度运行到黄道和白道交点以东的l8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l2度左右,因此月食的每一个食季就只有24天。
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天还要长。因此,必定至少有一次日食在一个日食的食季内发生,当然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)。
月食的一个食季为24天,这个天数比一个朔望月的平均天数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,可能有一次月食发生在这个食季内,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2次月食,或者是4次日食和3次月食。如l935年就曾发生过五次日食和2次月食,将来的2l60年也会是这样;l9l7年和l982年就曾发生过4次日食和3次月食。那么,为什么一年之内的日、月食会多达7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”)比一年要短,只有346.62天,约要少l9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l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l2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4次日食和3次月食。
从上面的数字来看,在一年中,月食发生的次数要比日食发生的次数少,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,尤其是日全食发生时,全食带的范围更小,宽度只不过二三百千米,因此只有很少的一部分人才能看到。平均起来,一个地方要二三百年才能看见一次日全食。因此有不少的人一生也没有看到日全食是不足为奇的。例如l96l年3月2日夜里发生的月食,在中国、整个亚洲以及欧洲地区都可以看到。而l968年9月22日发生的日全食,在中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。
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,也具有一定的循环周期性。
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l8年零l l.3天,如果在这段时间内有5个闰年,那就是l8年零l0.3天。在这段时间内,太阳、月亮和黄白交点的相对位置会经常改变,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。
在中国汉代也发现日、月食具有一个l35个朔望月的周期。l35个朔望月等于3986.6天,约等于l l年少3l天,也就是说日、月食每过l l年少3l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”。
月食
凡是不发光、不透明的物体在太阳光照耀下,都有一个影子拖在后面。地球和月球本身都是不发光的星体,因此,地球和月球背着太阳的一面,也都各自拖着一条长长的影子。从图上我们可以看出,影子由两部分组成:影子最黑的部分,称之为本影,在月球的本影内看不见太阳;本影周围稍微暗淡的影子,称之为半影,在月球的半影内只能看见太阳的一部分。
地球绕着太阳旋转,月球绕着地球旋转,并随着地球绕太阳旋转。所以在月球绕地球公转一周,即29天半中,当月球走到太阳和地球之间,如果太阳、月球、地球正好在或接近一条直线时就会把太阳遮住而发生日食。
同样,当月球走至地球背向太阳一面,如果太阳、地球、月球正好在或接近一条直线时,也就是月球走进地球本影里才发生月食。
日食共有日偏食、日环食和日全食三种。月球遮住太阳的一部分叫日偏食。月球只遮住太阳的中心部分,在太阳周围还露出一圈日面,好像一个光环似的叫日环食。太阳被完全遮住的叫日全食。这三种不同的日食的发生跟太阳、月球和地球三者的相互变化着的位置有关,并且也决定于月球与地球之间的距离变化。
月球比太阳小得多,它的直径大约是太阳直径的l/400,而月球与地球间距离也差不多是太阳与地球间距离的l/400,所以从地球上看,月亮与太阳的圆面大小差不多,因而能把太阳遮住而发生日食。
地球公转和月球公转轨道都是椭圆,不论是太阳与地球间距离,还是月球与地球间距离,都不是固定不变的,而是忽远忽近的,因此月球本影的长短也不一样,月球本影最长时有379660千米,最短时为367000千米,而地球与月球之间的距离最近时为356700千米,最远时达406700千米。如果某个时刻月球本影比地球与月球之间的距离大,地球上被月球本影扫过的地带就可以看到日全食。如果月球本影比地球与月球之间的距离小,月球本影的尖端到不了地球的表面,那么在影尖延长出来的小影锥(叫伪本影)扫过的地带可以看到日环食。被月球半影扫过的地带均可以看到日偏食,在偏食区内离全食区越近,偏食的程度就越大。月球本影和半影没有扫过的地方,根本看不见日食。
无论是日偏食、日全食或日环食,时间都是很短的,在同一个地方看到一次日全食的时间最长不超过7分45秒。在地球上能够看到日食的地区也很有限,这是因为月球比较小,它的本影也比较小而短,因而本影在地球上扫过的范围不广,时间不长,由于月球本影的平均长度(373293千米)小于月球与地球之间的平均距离(384400千米),就整个地球而言,日环食发生的次数多于日全食。
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