月食,又称月蚀,是一种当
月球运行进入地球的阴影(阴影又分
本影和
半影两部分)时,原本可被
太阳光照亮的部分,有部分或全部不能被直射阳光照亮,使得位于地球的
观测者无法看到普通的
月相的
天文现象。月食发生时,太阳、地球、月球恰好或几乎在同一条直线上,因此月食必定发生在满月的晚上(农历十五、十六、或十七),如
《说文》所说“
日食则朔,月食则望”。“朔”指农历初一,“望”指农历十五.
地球阴影位于
地球公转轨道面(
黄道面)内,此平面与月球轨道面(
白道面)并不重合,黄白道面交角约5度;大多数满月时,月球不在黄道面内,而是或偏北或偏南,不在地球阴影内,因此并不是每个满月时,都发生月食。每年全球至少发生两次月食。
月食记录
公元前2283年,美索不达米亚的月食记录是世界最早的月食记录,其次是中国公元前1136年的月食记录。人类发展一直推动着月食现象的认识更新。古代中国与非洲民间认为月食是“天狗吞月”,必须敲锣打鼓才能赶走天狗。在汉朝时,张衡就已经发现了月食的部分原理,他认为是地球走到月亮的前面把太阳的光挡住了,“当日之冲,光常不合者,蔽于地也,是谓暗虚,在星则星微,遇月则月食。”
公元前4世纪,亚里士多德从月食时看到的地球影子是圆的,而推断地球是球形的。公元前3世纪的古希腊天文学家阿利斯塔克(Aristarchus)和公元前2世纪的伊巴谷(Hipparchus)都提出通过月食测定太阳-地球-月球系统的相对大小。伊巴谷还提出在相距遥远的两个地方同时观测月食,来测量地理经度。
2世纪,托勒密利用古代月食记录来研究月球运动,这种方法一直延用到今日。在火箭和人造地球卫星出现之前,科学家一直通过观测月食来探索地球的大气结构。
月食类型
月食有三种类型
1.月全食:当整个月球进入地球的本影内时。最近一次月全食发生于2022年11月8日,接下来一次月全食将发生于2025年3月14日。
2.月偏食:当月球只有部分进入地球的本影时,在其前后均会发生月偏食。最近一次月偏食发生于2024年9月17日至18日。
3.半影月食:此时月球只是掠过地球的半影区,造成月面的光度轻微减弱,所以较不易为人注意。最近一次半影月食发生于2024年3月25日。
注意:没有月环食。由于地球的本影比月球大得多,这也意味着在发生月全食时,月球会完全进入地球的本影区内,所以绝对不会出现月环食这种现象。
月食过程
月全蚀后半影食始:月球刚刚和半影区接触,这时肉眼觉察不到。正式的月食的过程分为初亏、食既、食甚、生光、复圆五个阶段。
1.半影食始:月球刚刚和半影区接触,这时月球表面光度略为减少,但肉眼较难觉察。
2.初亏(仅月偏食和月全食):标志月食开始。月球由东缘慢慢进入地影,月球与地球本影第一次外切。
3.食既(仅月全食):月球进入地球本影,并与本影第一次内切。月球刚好全部进入地球本影内。
4.食甚:月圆面中心与地球本影中心最接近的瞬间,此时前后月球表面呈红铜色或暗红色。原因:太阳光经过地球大气层时发生折射,使光线向内侧偏折,但每种光的偏折程度不一样(色散),红光偏折程度最大,被地球大气吸收最少,最接近地球阴影,映在月球上;此外,由于大气层的灰尘及云的含量与位置不同,光线偏折程度会有不同,因此月全食时的月球是暗红、红铜、或橙色的。同样的道理,由于大气层的折射,朝阳与夕阳不是白色的,而根据高度因为大气折射程度不同,呈现橙色或红色。
5.生光(仅月全食):月球在地球本影内移动,并与地球本影第二次内切。月球东边缘与地球本影东边缘相内切,这时全食阶段结束。
6.复圆(仅月偏食和月全食):月球逐渐离开地球本影,与地球本影第二次外切。月球的西边缘与地球本影东边缘相外切,这时月食全过程结束。月球被食的程度叫“食分”,它等于食甚时月轮边缘深入地球本影最远距离与月球视经之比。
7.半影食终:月球离开半影,整个月食过程正式完结。月偏食没有食既、生光过程,食甚也只表示最接近地球阴影的时刻。
月食程度的大小用食分来表示。食分等于食甚时,月球视直径在食甚时进入本影的部分与月球视直径之比。食甚时如月球恰和本影内切,食分等于1。食甚时如月球更深入本影,食分用大于1的数字表示。月全食的食分大于或等于1。偏食的食分都小于1。半影月食的食分用月球直径进入半影的部分与月球视直径之比来表示。半影月食的食分大于0.7时,肉眼才可以觉察到。
发生月食必在“望”,此时的月相为满月,一般出现在农历十四至十七中的某一天。在农历十五、十六,月球运行到和太阳相对的方向。这时如果地球和月球的中心大致在同一条直线上,月球就会进入地球的本影,而产生月全食。
如果只有部分月球进入地球的本影,就产生月偏食。当月球进入地球的半影时,应该是半影食,但由于它的亮度减弱得很少,不易察觉,故不称为月食,所以月食只有月全食和月偏食两种。
月食都发生在望(满月),但不是每逢望都有月食,这和每逢朔不都出现日食是同样的道理。月球被地影全部或部分遮掩的现象。月食一般都发生在望日,即夏历每月的十五或十六日,这时地球运动至太阳和月球之间,但并不是每个望日都可能发生月食,因为黄道和白道之间有交角存在,所以只有在望月夜,月球又走月食的连续照片,可见到地球影到黄道和白道交点附近时,地球上的观测者才能观看到月食。每年发生月食数一般为2次。
太阳的直径比地球的直径大得多,地球的影子可以分为本影和半影。地球的直径大约是月球的4倍,在月球轨道处,地球的本影的直径仍相当于月球的2.5倍。当月球始终只有部分为地球本影遮住时,就发生月偏食。而当月球全部进入地球本影时就可以看到月全食。
如果月球进入半影区域,太阳的光也可以被遮掩掉一些,这种现象在天文上称为半影月食,但由于在半影区阳光仍十分强烈,多数情况下半影月食不容易用肉眼分辨,然而事实上半影月食是经常发生的,据观测资料统计,每世纪中半影月食、月偏食、月全食所发生的百分比约为36.60%,34.46%和28.94%。
最早的月食计算器
早在2000年前,月食计算器在希腊小岛——安提基瑟拉岛上被发明出来了,叫做Antikythera Mechanism。
由于月球轨道平面和地球公转轨道平面并不重合,并不是每次满月时都会发生月食。月亮会经常从地球本影的上方、下方滑过,而“错过”一场月食。在月球轨道平面(白道面)与地球公转轨道面(黄道面)有条交线,这条交线在月球轨道上有两个交点,只有月球在新月、满月的时候恰好出现在交点上,才能发生日月食。
古人很早就发现,19个太阳回归年的长度,差不多正好是235个朔望月的长度,所以如果每年只设置12个月,19年下来会多出来235-12×19=7个月。因此阴阳历的解决方案就是把这7个月按照一定的约定插入到19年中,这就是所谓的闰月。这样的19年我们叫做“默冬章”或者“默冬周期”。
还有一个和月食非常相关的周期,叫做沙罗周期。月球经过同一个“交点”的周期叫做“交点月”,在轨道上经过近地点的周期叫做“近点月”。由于月球轨道的进动,这两个周期是不同的。巧的是,每223个朔望月、242个交点月、239个近点月,所需的时间几乎是一样的,大约是18年11又1/3天,这就是沙罗周期。所以每一场月食之前或者之后这么多天,在地球上都会发生一场极其相似的月食。而沙罗周期的3倍,也即54年33天,则是同一个地点发生两次非常相似月食的周期。
在Antikythera Mechanism中找到这些相关数字,明确意味着这个机器是用来推算历法、计算日月食的。因此它可以称作已知最早的月食计算器。
影响
对地球的影响
月食对地球的影响主要表现在潮汐力和气候变化上。在月食期间,月球和太阳的引力会相互作用,产生更强烈的引力效应,导致地球上的潮汐力更加明显。这可能会引起海洋潮汐的增大,进而对海岸线和生态系统造成一定的影响。此外,一些科学家认为,月食还可能与地球的气候变化有关,尽管相关研究仍在进行中,但月食对地球气候的影响也是一个备受关注的话题。
对人类的影响
月食对人类也有一定的影响。月食发生时,很多人都会被这一壮观景象所吸引,人们可以通过肉眼直接观察到月球在太阳和地球之间的运动,这对于普及天文知识和增加科学兴趣有着积极的促进作用。此外,许多文化和宗教都赋予了月食特殊的象征意义,因此月食也成为了人们探讨和研究历史记载的天文标尺,以及针对特定历史事件断代的对象之一。
重大事件
2022年11月8日月全食:
此次月食见食地区:这次月食,在欧洲东北部、亚洲(除西南部)、印度洋东部、大洋洲、太平洋、北美洲、南美洲西部、北大西洋西部、北冰洋、南极洲极小部分可以看到。中国东部可见月食全过程,其他地区可见带食而出。
此次分为三个主要阶段:半影食、偏食和全食。
月食的半影阶段开始于11月8日北京时间16:02(GMT时间08:02)。这个阶段是肉眼看不到的。
月食的偏食阶段开始于北京时间17:09(GMT时间09:09)。这是您可以开始观察的时候。在这个阶段,月亮的一部分看起来变暗了,因为它被地球的本影覆盖了。
月食的全食阶段开始于北京时间18:16(GMT时间10:16)。此时,月亮变成红色,完全被地球的本影覆盖。由于它的颜色,月全食被称为血月。
北京时间19:41(GMT时间11:41),全食阶段结束,偏食阶段又开始。
半影阶段再次开始在北京时间20:49(GMT时间12:49) ;从那时起,肉眼就看不到月食了。
月食结束于北京时间21:56(GMT时间13:56)。