日食与月食
月亮每个月都会走到太阳和地球中间一次,也会绕到地球背后一次。照这样算,每个月都该有一次日食和一次月食,实际上一年只有几次。差别在于月亮的轨道是斜的。
月亮的轨道是斜的,所以食才这么少
月亮的轨道相对地球的轨道斜了五度多,所以多数朔望三者并没有真的排成一直线。这一课从那个倾角讲起,一路讲到本影、半影、环食和红月,最后是护眼。
多数的朔望什么都不会发生
月亮每个月都会走到太阳和地球中间一次,也会绕到地球背后一次。如果三者每次都排成一直线,一年会有二十四次以上的日食和月食。实际上一年只有几次。
原因是月亮的轨道相对黄道面斜了 5.16 度。多数月份月亮经过太阳附近时,是从太阳上方或下方几度的地方过去,影子整个丢进太空,地球一点都没被扫到。月亮的视直径只有半度,五度是它自己的十倍宽,所以「差一点就对准」其实很难得。
交点决定这个月有没有食
两个平面相交会得到一条直线,月亮的轨道在这条线上穿过黄道面两次,这两个位置叫交点。只有月亮刚好走到交点附近,同时又刚好是朔或望,三者才排得够直。
太阳每年会两度经过交点连线,那两段时间叫食季,每段大约三十四天。一个食季装得下一次朔和一次望,所以日食和月食常常成对出现,中间隔两个星期。交点自己还会慢慢往后退,十八年半退完一圈,所以食季每年往前挪十九天左右。
本影和半影
太阳是一个有大小的圆面,不是一个点。所以任何东西挡在它前面都会投出两层影子:完全看不到太阳的那块叫本影,只看得到一部分太阳的那圈叫半影。
站在月球的本影里看到日全食,站在半影里看到日偏食。本影在地面上扫出的带子只有一两百公里宽,半影却盖掉好几千公里,所以同一次日食,看到全食的人永远是少数。月食反过来,被投影的是月亮,投影的是地球;地球的本影在月球那个距离上还有月球半径的两倍半以上,月亮可以整颗沉进去待一个多小时。
月亮也可能只擦过地球的半影,那叫半影月食。它仍然被照亮,只是稍微暗一点,肉眼通常分不出来。行事历上写半影月食的那几天,不必特地熬夜。
全食还是环食,看月亮那天离多远
月亮的轨道是椭圆,最近三十五万六千公里,最远四十万七千公里;地球绕太阳也是椭圆。两件事加起来,月面和日面的视大小各自有一段范围,而这两段范围刚好重叠。
月亮够近时它看起来比太阳大,本影锥撑得到地面,就是日全食。月亮够远时它看起来比太阳小,本影锥在半路收成一个点,地面上的人看到的是一整圈太阳边缘,这就是日环食。那一圈不是比较弱的太阳,是完整亮度的光球,所以环食全程都不能裸眼看。
红月
月亮完全进入地球本影以后不会不见,而是变成暗红色或铜色。地球挡住了直射的阳光,但大气层像一圈透镜,把掠过地球边缘的光折进本影里;蓝光在大气中被散射掉,剩下的红光落在月面上。
那时候如果你站在月球上,会看到地球的轮廓被一整圈红色的日出日落包住。颜色深浅每次不同,取决于当时地球大气的状况——大型火山爆发之后的月全食常常暗到接近看不见。
护眼,以及台湾下一次
太阳不会因为被遮掉九成就变安全。剩下那一成仍然足以在几十秒内灼伤视网膜,而视网膜没有痛觉,过程中不会痛,伤害要几小时后才会以视野中央一块模糊出现,可能不会复原。合格的只有通过 ISO 12312-2 的日食观测镜,以及装在镜头或望远镜最前端的太阳滤膜。墨镜、底片、熏黑玻璃、光盘都不行。只有日全食的全食阶段可以裸眼,而且要在阳光重新出现前戴回去。
月食则完全安全,肉眼、双筒、相机都可以直接看。在台湾,下一次全程可见的月全食是 2028 年 12 月 31 日深夜,全食阶段约 71 分钟;下一次看得到的日食是 2030 年 6 月 1 日的日偏食,台北最大食分约 0.36。本岛要看到日全食得等到 2070 年 4 月 11 日,而且全食带只擦过恒春以南。
天狗、罗睺与两只狼
中国把日食叫天狗食日,月食叫蟾蜍食月。朝廷遇到日食要「救日」,敲鼓、鸣金、放炮,把那个咬太阳的东西吓走。《诗经·小雅·十月之交》写「日有食之,亦孔之丑」——那时候日食是要记下来的凶兆。
印度的版本是罗睺。他偷喝不死甘露,被太阳和月亮告发,头让人砍了下来,但喝过甘露的头没死。他从此追着这对告密者跑,追上就一口吞下去;身体没了,吞下去的东西很快又从断颈掉出来。
北欧是两只狼。Sköll 追太阳,Hati 追月亮,追上咬一口,就是一次食。
三个故事在解释同一件事:那东西为什么被咬掉一块,而且过一阵子又会好。下面的模型可以自己转,答案藏在月亮轨道的倾角里。
食季实验室
两根滑杆决定一切:交点连线离太阳多远,月亮离地球多远。先按任务按钮跳到定位,再自己拉滑杆,看判定怎么跟着变。
月食的时间是几何算出来的,半个地球看到的都一样。日食的全食/环食时间是最好的情况:食带中心线、赤道、当地正午;其他地方影子扫得更快,时间更短。
这个模型只做几何,没有接任何星历。它能回答「这种排列会发生什么」,不能回答「哪一天会发生」,也算不出你所在地看得到多少。实际日期看天文行事历。
动手做做看
交点连线和太阳差了六十几度,月亮从太阳上方大约五度的地方过去,影子整个丢进太空。一年里大多数的朔就是这样。
交点对准太阳,月亮又刚好在近地点。月面比日面大,本影锥一路撑到地面,落在锥子里的人看到日全食。
只动了距离这一根。月亮退到远地点就变小了,本影锥在抵达地面之前先收成一个点,地面上的人站在锥尖后方,看到的是一圈没被遮住的太阳。
月亮离交点十四度,影轴从地球旁边擦过去。本影完全没碰到地面,只有半影扫到,所以地球上任何人最多看到太阳缺一角。
换成望,月亮绕到地球背后,整颗沉进本影。它不会消失,而是变成暗红——那是被地球大气折进来的光。
月亮只擦过半影边缘,亮度掉一点点,肉眼几乎分不出来,要拍照比对才看得到。这种也算月食,但不值得为它熬夜。
为什么上个月的满月没有变红
一年有十二到十三次满月,其中绝大多数什么事都没发生。如果月亮的轨道和地球的轨道躺在同一个平面上,情况会完全相反:每次朔都有日食,每次望都有月食,一年二十四次以上。
没有发生,是因为月亮的轨道相对黄道面是斜的。多数月份月亮经过太阳附近时,是从太阳上方或下方几度的位置过去,影子整个丢进太空,地球一点都没被扫到。
这个倾角是 5.16 度。听起来很小,但月亮的视直径只有半度左右,五度是它自己的十倍宽——连「差一点就对准」都算难得。
交点与食季
两个平面相交会得到一条直线,月亮的轨道在这条线上穿过黄道面两次。这两个交点是唯一有机会发生食的位置:月亮要刚好走到交点附近,同时又刚好是朔或望,三者才排得够直。
把交点滑杆转满一圈,就是一个食年 346.62 天。一圈里出现两段可能发生食的区间,每段大约三十四天,那就是食季。一个食季至少放得下一次朔和一次望,所以日食和月食常常成对出现,中间隔两个星期。
食年比回归年短,因为交点自己会往后退,18.6 年退完一整圈。太阳不必走满一年就追得上下一个交点,于是食季每年往前挪十九天左右。
想知道这个月有没有食,只要问一件事:朔或望发生的时候,太阳离交点连线多远。
本影与半影
太阳不是一个点,是一个有大小的圆面。所以任何东西挡在它前面,都会投出两层影子:完全看不到太阳的那块叫本影,只看得到一部分太阳的那圈叫半影。
站在月球的本影里,太阳被整个盖住,那是日全食;站在半影里,太阳只缺一角,那是日偏食。同一次日食两种人同时存在,差别只在站的位置。本影在地面上扫出的带子通常只有一两百公里宽,半影却盖掉好几千公里。
换成月食,被投影的是月亮,投影的是地球。地球大得多,它的本影在月球那个距离上还有月球半径的两倍半以上,所以月亮可以整颗沉进去待一个多小时——这是只有几分钟的日全食做不到的。
月亮也可能只扫过地球的半影。那时它仍然被照亮,只是稍微暗一点,叫半影月食。肉眼通常分不出来,要前后拍照比对才看得出亮度差。行事历上写半影月食的那几天,不必特地熬夜。
全食与环食,差在三十五万到四十万公里之间
月亮的轨道是椭圆,最近三十五万六千公里,最远四十万七千公里。地球绕太阳也是椭圆,一月最近、七月最远。两件事加起来,月面和日面的视大小各自有一段变化范围,而这两段范围是重叠的。
月亮够近时它看起来比太阳大,本影锥撑得到地面,就是日全食。月亮够远时它看起来比太阳小,本影锥在半路收成一个点,地面上的人站在锥尖之后,看到的是一整圈太阳边缘,这就是日环食。少数几次恰好卡在中间,食带中段是全食、两端是环食,叫全环食。
环食剩下的那一圈不是「比较弱的太阳」。它是完整亮度的光球,只是面积变小。所以环食从头到尾都不能裸眼看,滤镜一秒都不能拿下来。
月食为什么是红的
月亮完全进入地球本影之后不会不见。它变成暗红色或铜色,亮度掉到满月的万分之一上下,但还看得见。
光是绕过来的。地球挡住直射的阳光,但大气层像一圈透镜,把掠过地球边缘的光折进本影里。蓝光在大气中被散射掉,剩下的红光走完全程落在月面上。反过来说:那时候如果你站在月球上,会看到地球的轮廓被一整圈红色的日出日落包住。
颜色深浅每次不同,看当时地球大气的状况。大型火山爆发之后的月全食常常暗到接近看不见。天文学家用丹戎标度描述这件事,L0 是几乎全黑,L4 是明亮的橙红色。
眼睛安全:这一课唯一会弄瞎人的部分
偏食和环食的任何阶段,太阳都会伤害视网膜,而视网膜没有痛觉,等你发现已经来不及。要用通过 ISO 12312-2 的日食观测镜,或装在镜头、望远镜最前端的太阳滤镜。墨镜、底片、熏黑玻璃、光盘、X 光片都不行。月食则完全安全,肉眼、双筒、相机都可以直接看。
太阳不会因为被遮掉九成就变安全。剩下那一成仍然足以在几十秒内灼伤视网膜,而视网膜没有痛觉神经,过程中不会痛,伤害要几小时后才会以视野中央一块模糊出现,而且可能不会复原。
合格的装备只有两种:通过 ISO 12312-2 的日食观测镜,以及专用的太阳滤膜。滤膜要装在望远镜或镜头的最前端,不能放在目镜后面——光线一旦被物镜聚起来,任何挡在后面的滤片都会被烧穿。太阳眼镜、叠好几层的底片、熏黑的玻璃、光盘、X 光片全部不合格。
只有日全食的全食阶段可以裸眼看,而且必须在阳光重新出现之前戴回护目镜。全食开始和结束的瞬间会出现贝利珠和钻石环,那是阳光正从月球边缘的山谷之间漏出来——看到钻石环就该把眼睛移开。环食没有这个阶段,全程都要护眼。
用相机或手机拍也一样,没有前置滤镜,感光元件会被烧出永久的亮点。月食不需要任何防护,肉眼、双筒、相机都可以直接对着看。
在台湾,下一次是什么时候
日食和月食发生的次数其实差不多,差别在看得到的人有多少。月食只要月亮在地平线以上,半个地球都看得到;日食的本影带只有一两百公里宽,同一个地点平均要等三百多年才轮得到一次。
所以在台湾最容易遇到的是月食和日偏食。下面的日期整理自官方预报,出发前再核对一次天文行事历。
想知道哪一天有食?
这一课只负责让你看懂机制。实际的日期、类型与可见范围都在天文行事历和日月食页面上。
全食与环食,差在三十五万到四十万公里之间
天体 距离 视半径 月球(近地点) 356,500 km 0.279°
月球(远地点) 406,700 km 0.245°
太阳(近日点) 147,098,000 km 0.271°
太阳(远日点) 152,098,000 km 0.262°
常见问题 为什么不是每个月都有日食和月食?
没有发生,是因为月亮的轨道相对黄道面是斜的。多数月份月亮经过太阳附近时,是从太阳上方或下方几度的位置过去,影子整个丢进太空,地球一点都没被扫到。 两个平面相交会得到一条直线,月亮的轨道在这条线上穿过黄道面两次。这两个交点是唯一有机会发生食的位置:月亮要刚好走到交点附近,同时又刚好是朔或望,三者才排得够直。
日全食和日环食差在哪里?
月亮够近时它看起来比太阳大,本影锥撑得到地面,就是日全食。月亮够远时它看起来比太阳小,本影锥在半路收成一个点,地面上的人站在锥尖之后,看到的是一整圈太阳边缘,这就是日环食。少数几次恰好卡在中间,食带中段是全食、两端是环食,叫全环食。 环食剩下的那一圈不是「比较弱的太阳」。它是完整亮度的光球,只是面积变小。所以环食从头到尾都不能裸眼看,滤镜一秒都不能拿下来。
月全食的时候月亮为什么是红的?
月亮完全进入地球本影之后不会不见。它变成暗红色或铜色,亮度掉到满月的万分之一上下,但还看得见。 光是绕过来的。地球挡住直射的阳光,但大气层像一圈透镜,把掠过地球边缘的光折进本影里。蓝光在大气中被散射掉,剩下的红光走完全程落在月面上。反过来说:那时候如果你站在月球上,会看到地球的轮廓被一整圈红色的日出日落包住。
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资料来源与模型范围
页面上的模型只算几何:视大小、影锥半径与判定结果。它没有星历,不预测任何一次食的日期或时刻,也不计算单一地点的初亏、食甚与食分。表格中的日期整理自上列官方预报。
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