月全食是怎么形成的

【專家解說】：月全食月全食是月食的一種，當月亮、地球、太陽完全在一條直線上的時候，整個月亮全部走進地球的影子里，月亮表面大都昏暗了，就是月全食。10年來中國觀測條件最好的月全食在2011年12月10日上演。屆時，只要天氣晴朗，中國幾乎所有地區(qū)都能欣賞到一輪“紅月亮”高掛夜空的迷人景象。 相關天體2010年月全食2011年月全食 06月16日 12月10日 月全食是月食的月全食原理圖 一種，當整個月球完全進入地球的本影之時，就會出現(xiàn)月全食。月食的時候，對地球來說，太陽和月球的方向相差180°，由于太陽和月球在天空的軌道(分別稱為黃道和白道)并不在同一個平面上，而是約有5°的交角，因此只有太陽和月球分別位于黃道和白道的兩個交點附近，才有機會形成一條直線，產(chǎn)生月食。[1] 月食可分為月偏食、月全食及半影月食三種。當月球只有部分進入地球的本影時，就會出現(xiàn)月偏食;而當整個月球進入地球的本影之時，就會出現(xiàn)月全食。至于半影月食，是指月球只掠過地球的半影區(qū)，造成月面亮度極輕微的減弱，很難用肉眼看出差別，因此不為人們所注意。 全食全過程周馨(6張)月全食 當整個月球進入地球的本影內(nèi)時，在其前后均會發(fā)生月偏食與半影月食。 月偏食 當月球只有部份進入地球的本影時，在其前后均會發(fā)生半影月食。 半影月食 此時月球只是掠過地球的半影區(qū)，造成月面的光度極輕微減弱，所以較不易為人注意。 注意:沒有月環(huán)食。由于地球的本影比月球大得多，這也意味著在發(fā)生月全食時，月球會完全進入地球的本影區(qū)內(nèi)，所以不會出現(xiàn)月環(huán)食這種現(xiàn)象。月全食原理圖 月食的過程分為初虧、食既、食甚、生光、復圓五個階段。 初虧:月球剛接觸地球本影，標志月食開始。月全食示例 食既:月球的西邊緣與地球本影的西邊緣內(nèi)切，月球剛好全部進入地球本影內(nèi)。 食甚:月球的中心與地球本影的中心最近。 生光:月球東邊緣與地球本影東邊緣相內(nèi)切，這時全食階段結束。 復圓:月球的西邊緣與地球本影東邊緣相外切，這時月食全過程結束。 月球被食的程度叫“食分”月全食 ，它等于食甚時月輪邊緣深入地球本影最遠距離與月球視經(jīng)之比。 在農(nóng)歷十五、十六，月亮運行到和太陽相對的方向。這時如果地球和月亮的中心大致在同一條直線上，月亮就會進入地球的本影，而產(chǎn)生月全食。如果只有部分月亮進入地球的本影，就產(chǎn)生月偏食。當月球進入地球的半影時，應該是半影食，但由于它的亮度減弱得很少，不易察覺，故不稱為月食，所以月食只有月全食和月偏食兩種。[3]月全食成因圖 月食是自然界的一種現(xiàn)象，當太陽、地球、月球三者恰好或幾乎運行在同一條直線上時(地球在太陽和月球之間)，太陽到月球的光線便會部分或完全地被地球掩蓋，產(chǎn)生月食。 月食的時候，對地球來說，太陽和月球的方向相差180°，所以月食必定發(fā)生在“望”(即農(nóng)歷十五前后)。要注意的是，由于太陽和月球在天空的軌道(分別稱為黃道和白道)并不在同一個平面上，而是約有5°的交角，因此只有太陽和月球分別位于黃道和白道的兩個交點附近，才有機會形成一條直線，產(chǎn)生月食。 月食可分為月偏食、月全食及半影月食三種。當月球只有部分進入地球的本影時，就會出現(xiàn)月偏食;而當整個月球進入地球的本影之時，就會出現(xiàn)月全食。至于半影月食，是指月球只掠過地球的半影區(qū)，造成月面亮度極輕微的減弱，很難用肉眼看出差別，因此不為人們所注意。 觀測方法 月全食的觀測方法 月全食景象(10張):使用雙筒望遠鏡或者天文望遠鏡，7倍以上就可以清晰地觀看到。可以站到高處看，這樣視野會很好。也可用肉眼直接觀察，不需要什么特別的設備，就可以作以下兩項月全食觀察。 記錄過程 觀察前準備一些觀察用紙，紙上畫有大圓，圓上按逆時針方向標出0°至360°，0°的位置表示月面的正北點。在月全食發(fā)生的過程中，每隔4分鐘畫一幅月食素描。這樣做的結果即可得到一 套月全食全過程的食相圖。 亮度顏色 月食時月面的亮度和顏色可區(qū)分為以下5級:0級，非常暗淡，幾乎看不見;1級，稍亮，呈黑黃色，細節(jié)難以區(qū)分;2級，微亮，呈黑紅色或棕黃色，中心有些暗斑，外側(cè)相當明亮;3級，呈磚紅色，能看見月面細節(jié)，但很模糊;4級，呈銅紅色，非常明亮，外側(cè)很亮，略有藍色，可看到大的細節(jié)。觀察月全食時，要對月面的亮度和顏色的級別作出判斷，并記錄下來。同時也要記錄當時的天氣情況。 Danjon 月全食光度分級 L=0 深黑色 (食甚時，月球幾乎肉眼看不見)月全食的觀測 L=1 黑帶有灰或者棕色 (分辨細節(jié)有困難) L=2 深紅或銹紅色 (本影中心深黑色但外圍較光亮) L=3 磚紅色 (本影邊緣光亮或帶黃色) L=4 明亮橙紅色 (明亮本影，邊緣帶藍色) Fischer月全食光度分級 2 肉眼可見月海及主要環(huán)形山，其它細節(jié)須用小形雙筒望遠鏡(口徑4 cm 以下)才可看見 。 1 須要口徑5cm 至15cm 的望遠鏡才可見細節(jié) 0 須要15cm 以上口徑望遠鏡才可見細節(jié) 這兩項數(shù)據(jù)很重要，在做月全食正式觀測時需要將這兩項參數(shù)寫到報告里 月全食對于靠太陽照射太陽能帆板供電的人造天體有一定的影響。例如2007年10月24日月全食景觀 升空的中國繞月衛(wèi)星“嫦娥一號”就在2008年2月底面臨首次月全食的考驗，迎接暫時的“能源”危機和 低溫考驗。當月全食發(fā)生時，整個月球以及繞月衛(wèi)星都會“鉆”進地球的巨大身影中，估計有3~4個小時照不到陽光。由于“嫦娥一號”目前主要靠太陽照射太陽能帆板供電，盡管衛(wèi)星上裝有蓄電池，但蓄電池只能保障短時間供電。在這段時間里，衛(wèi)星上的個別科學設備將暫時關機，讓身在太空的“嫦娥”盡可能“節(jié)衣縮食”，確保挺過難關。月食過后，再進行開機控制。整體而言，月食對“嫦娥一號”衛(wèi)星工作沒有太大的影響。 編輯本段歷史 古時候，人們不懂得月食發(fā)生的科學道理，像害怕日食一樣，對月食也心懷恐懼。外國有人傳說，16世紀初，哥倫布航海到了南美洲的牙買加，與當?shù)氐耐林税l(fā)生了沖突。哥倫布和他的水手被困在一個墻角，斷糧斷水，情況十分危急。懂點天文知識的哥倫布知道這天晚上要發(fā)生月全食，就向土月全食瞬間 著人大喊，“再不拿食物來，就不給你們月光!”到了晚上，哥倫布的話應驗了，果然沒有了月光。土著人見狀誠惶誠恐，趕快和哥倫布化干戈為玉帛。公元前2283年美索不達米亞的月食記錄是世界最早的月食記錄，其次是中國公元前1136年的月食記錄。月食現(xiàn)象一直推動著人類認識的發(fā)展。早在1881年前，中國漢代天文學家張衡就弄清了月食原理。[4] 公元前4世紀，亞里土多德從月食時看到的地球影子是圓的，而推斷地球是球形的。公元前3世紀的古希臘天文學家阿利斯塔克(Aristarchus)和公元前2世紀的伊巴谷(Hipparchus)都提出通過月食測定太陽一地球一月球系統(tǒng)的相對大小。伊巴谷還提出在相距遙遠的兩個地方同時觀測月食，來測量地理經(jīng)度。2世紀，托勒密利用古代月食記錄來研究月球運動，這種方法一直延用到今天。在火箭和人造地球衛(wèi)星出現(xiàn)之前，科學家一直通過觀測月食來探索地球的大氣結構。最早的月食記錄是前2283年美索不達米亞的記錄。 古代中國與非洲民間認為月食是“天狗吞月”，必須敲鑼打鼓才能趕走天狗。在漢朝時，張衡就已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了月食的部分原理，他認為是地球走到月亮的前面把太陽的光擋住了，“當日之沖，光常不合者，蔽于地也，是謂暗虛，在星則星微，遇月則月食?！鼻?世紀的亞里士多德根據(jù)月食看到地球影子的圓形而推斷出地球是圓的。前3世紀古希臘的天文學家阿里斯塔克(Aristarchus)、前2世紀的喜帕恰斯(Hipparchus)都提出過通過月食來測定太陽、地球、月亮的大小。 編輯本段傳說 天狗食月 傳說古時候，有一位名叫“目連”的公子。生性好佛，為人善良。十分孝順母親，但是，目連之母，身為娘娘，生性暴戾，為人好惡。 有一次，目連之母突然心血來潮，想出了一個惡主意:和尚念佛吃素。要作弄他們一下，開葷吃狗肉。她吩咐做了三百六十只狗肉饅頭，說是素饅頭，要到寺院去施齋。目連知道了這事，勸說母親不聽，忙叫人去通知了寺院方丈。方丈就準備了三百六十只素饅頭。藏在每個和尚的袈裟袖子里。目連之母來施齋，發(fā)給每個和尚一個狗肉饅頭。和尚在飯前念佛時，用袖子里的素饅頭將狗肉饅頭調(diào)換了一下，然后吃了下去。目連之母見和尚們個個吃了她的饅頭，“嘿嘿”拍手大笑說:“今日和尚開葷啦!和尚吃狗肉饅頭啦!”方丈雙手合十，連聲念道:“阿彌陀佛，罪過，罪過!”事后，將三百六十只狗肉饅頭，在寺院后面用土埋了。 這事被天上玉帝知道后，十分震怒。將目連之母打下十八層地獄，變成一只惡狗，永世不得超生。目連是個孝子，得知母親打入地獄。他日夜修煉，終于成了地藏菩薩。為救母親，他用錫杖打開地獄門。目連之母和全部惡鬼都逃出地獄，投生凡間作亂。玉帝大怒，令目連下凡投身為黃巢。后來“黃巢殺人八百萬”，傳說就是來收這批從地獄逃出來的惡鬼。 [5] 月全食 目連之母變成的惡狗，逃出地獄后，因十分痛恨玉帝，就竄到天庭去找玉帝算帳。她在天上找不到玉帝，就去追趕太陽和月亮，想將它們吞吃了，讓天上人間變成一片黑暗世界。這只惡狗沒日沒夜地追呀追!她追到月亮，就將月亮一口吞下去;追到太陽，也將太陽一口吞下去。不過目連之母變成的惡狗，最怕鑼鼓、燃放爆竹，嚇得惡狗吞下的太陽、月亮，又只好吐了出來。太陽、月亮獲救后，又日月齊輝，重新運行。惡狗不甘心又追趕上去，這樣一次又一次就形成了天上的日蝕和月蝕。民間就叫“天狗吃太陽”，“天狗吃月亮”。直到現(xiàn)在，每逢日蝕、月蝕時，不少城鄉(xiāng)百姓還流傳著敲鑼擊鼓、燃放爆竹來趕跑天狗的習俗。 相關天體 從東晉郭璞開始，把《山海經(jīng)》里記載的“天狗”、“天犬”解釋為天狗星了。郭璞在注釋中引《周書》云:“天狗所止地盡傾，余光燭天為流星，長數(shù)十丈，其疾如風，其聲如雷，其光如電。吳楚七國反時，犬過梁國者是也?！?清代學者郝懿行的《山海經(jīng)箋疏》指出，《山海經(jīng)》里的“天犬”、“天狗”都是獸名，“郭注以天狗星當之，似誤也”。正因為郭璞的錯誤注釋，“天狗”、“天犬”才升天為天狗星，也就 各地月全食景象(8張)成為民間崇拜的天狗神了。 天狗星又稱“犬星”，就是蘇軾寫的“西北望，射天狼”中的天狼星。天狗星是天上較亮的恒星，只有太陽、月亮、金星、木星、火星等比它亮。當它接近地平線時，常閃爍著多彩的光芒。郭璞的描繪正符合這一表征。 有人說天狗星是天犬的鼻子，有的認為是犬的眼睛。狗是人們的好伙伴，“天狗”卻是人們畏懼的兇神惡煞?？匆娝倌娑啵袚p傷、車禍、開刀等血光之災。清畢沅的《續(xù)資治通鑒》載，至正六年(1346年)，司天監(jiān)奏:“天狗星墜地，血食人間五千日，始于楚，遍及齊、趙，終于吳，其光不及兩廣。”后天下之亂，皆如所言。 編輯本段2010年月全食 2010年12月21日，精彩絕倫的月全食將現(xiàn)身冬日天宇，很多人都想目睹此次“天狗吞月”的盛況。天文專家表示，遺憾的是，中國公眾很難拍到記錄月食完整發(fā)生過程的“糖葫蘆串”像。 中國天文教育專家趙之珩介紹說，21日發(fā)生的這次月全食，北京時間12月21日13時28分，月球就將進入半影;14時32分初虧，月食正式開始，但此時對于中國全境來說月球還在地平線以下，無法觀測。16時17分食甚，即月球進入月全食過程 地球本影最深處時，中國有少數(shù)部分地區(qū)可以觀測。部分地區(qū)可以看到一輪暗紅色的月亮從東方升起。 到16時54分生光，即月球開始離開地球本影，此時東北、華北北部和山東半島月亮已經(jīng)升起，以上地區(qū)的公眾可以找個東北方向無遮擋的地方欣賞月偏食。此時可以連續(xù)拍攝到月亮逐漸從地球的本影當中掙脫出來的照片。18時02分復圓，月亮完全離開地球本影，全食宣告結束。本次全食最大食分1.261。 趙之珩表示，本次月全食，對于中國的觀測者來說很難觀測到整個過程，月食發(fā)生時正值中國白天，公眾只能等到日落之后欣賞月偏食了。 “雖然本次月全食對于中國來說觀測條件并不理想，但2011年還會有兩次我國可見的月全食發(fā)生，分別在6月16日和12月10日，其中12月10日那次中國可以看到全食的全過程。有興趣的公眾不妨把這次觀測當做一次預演，為明年做好準備?！壁w之珩提醒說。[6] 編輯本段2011年月全食 06月16日 2011年的兩次月全食，中國的觀測條件都不錯。特別是12月10日的那次，是近年來少有的中國全境可見整個過程的月全食。而6月16日，是公眾一次實際演練月全食觀測的好機會。對于全球來說，亞洲、大洋洲、歐洲、非洲的大部分地區(qū)以及南極洲都能觀測到6月16日的這次月全食。其中能全程可見的區(qū)域主要集中在亞洲西部和非洲東部，中國東部廣大地區(qū)可以觀測到帶食月落。2011年6月份月全食可見區(qū)域圖 [7]通常，公眾用食分來表示月食發(fā)生過程中，月球進入地球本影的深度。準確地說，就是地球本影角半徑Re與月面角半徑Rm之和減去地影和月面中心的角距離l, 再與月面角直徑2Rm之比。一次月食過程中，食分最大的時刻就是食甚。首先，月全食發(fā)生時，食分一定會大于等于1。而且根據(jù)日、地、月三者的大小和彼此間距離，公眾可以計算出月全食理論上的最大食分在1.85左右。本次月全食最大食分為1.705，比較接近理論的極值，是近幾年食分最大的一次月全食。 食分較大，全食持續(xù)的時間也會比較長。6月16日的這次月全食，食既為3時22分，生光為5時03分，全食將持續(xù)1小時41分。雖然時間充足，但實際的觀測還將是非常緊張的。以北京地區(qū)為例，當天日出大約在4時50分，因此不到生光月球就會落下。況且在日出前的一個多小時內(nèi)，大氣散射的日光就會增亮背景天光。而食甚時(北京時間4時13分)月球的地平高度只有5°多了，因此原本就很暗弱的紅月亮將會更加不明顯。在北京，食既時刻的月球地平高度還有將近13°，雖然已過天文晨光始半個小時，但天還不會太亮。因此，對于想拍攝月全食的朋友來說，大家還是要做好充分準備，爭分奪秒進行觀測。2011年6月份月食全過程圖 [8]良好的天氣情況是成功觀測月全食的前提條件，當然除了關注天氣預報以外，我們還要選擇合適的觀測地點。對于中國東部地區(qū)來說，本次帶食月落的觀測最好在一個西南方向盡量少遮擋的地點進行。雖然月球地平高度較低對觀測有不利的影響，但同時也為大家拍攝帶地景的月全食照片提供了寶貴機會。因此選擇合適的地點進行觀測就顯得尤為重要了，名勝古跡，標志性建筑物，都是很好的素材。如果你想拍攝近處人物與月全食的合影的話，可以適當使用閃光燈補光。 包括中國在內(nèi)的全球多個國家可以觀測到此次月食。月球進入地球本影全食開始，直至月球落入地平線以下全食仍未結束，將出現(xiàn)帶食而落的景象。中國可觀賞這次月全食的時間是:初虧凌晨2時23分;食既3時22分;食甚4時13分，最大食分1.705;生光5時03分;復圓6時03分。 月球反射的太陽光線通過地球大氣層的折射，可能使地球上的人觀察月亮時，能看見紅色、棕色和“黑色”的月球。月球反射的太陽光線進入地球大氣層時反向散射藍光，能使其在地球上觀測時呈現(xiàn)紅色。 報道指，這次地球上不少人所看見的月亮可能是血紅色，紅月將持續(xù)100分鐘左右。由于英國當天的日落要到晚9時19分左右才結束，英國天文愛好者也看不見月食的初期階段。 11年來持續(xù)時間最長、食分最大的月全食將發(fā)生在6月16日凌晨2時23分，4點前后，月亮還會“臉紅”。中國科學院南京紫金山天文臺研究員王思潮說，對于四川來說，天氣將是觀測的關鍵因素。屆時只要天氣晴朗，中國西部、西南部分地區(qū)可見全過程。[9]英國夏令時6月15日下午6時24分左右(北京時間16日凌晨2時24分)，自2000年以來歷時最長的月全食將發(fā)生，全球多個地區(qū)如半個非洲、中東地區(qū)、包括中國在內(nèi)的亞洲中部等地區(qū)以及澳大利亞西部的人們均可以觀察到這次月全食。 月球進入地球本影全食開始，直至月球落入地平線以下全食仍未結束，將出現(xiàn)帶食而落的景象。中國可觀賞這次月全食的時伊斯蘭堡拍攝到的月食景象 間是:初虧凌晨2時23分;食既3時22分;食甚4時13分，最大食分1.705;生光5時03分;復圓6時03分。 據(jù)介紹，6月16日的月食將是2000年以來時間最長的月全食。月球反射的太陽光線通過地球大氣層的折射，可能使地球上的人觀察月亮時，能看見紅色、棕色和“黑色”的月球。月球反射的太陽光線進入地球大氣層時反向散射藍光，能使其在地球上觀測時呈現(xiàn)紅色。 報道指，這次地球上不少人所看見的月亮可能是血紅色，紅月將持續(xù)100分鐘左右。由于英國當天的日落要到晚9時19分左右才結束，英國天文愛好者也看不見月食的初期階段。[10]2011年6月16日在伊斯蘭堡拍攝到的月食景象。如果天氣晴好，歐洲局部地區(qū)、非洲、亞洲中部和澳洲的天文愛好者都能觀看到這次月全食。這是2011年的第一次月全食，也是近11年來持續(xù)時間最長的一次。 12月10日 從食既到生光，全食時間有51分鐘 [11] 據(jù)介紹，這次月全食是繼2001年1月10日之后，中國觀測條件最好的一次月全食。 中科院紫金山天文臺研究員王思潮說，之所以說觀測條件好，主要基于兩個方面:一是中國幾乎全境可以觀測到此次月全食，這也是本次月全食最大的特點;二是月全食發(fā)生時間適合中國公眾觀測，可以欣賞到整個月全食發(fā)生的過程。 一次月全食有初虧、食既、生光、復圓等幾個重要時間點。本次月全食的初虧為北京時間12月10日20時45分，食既為10日22時06分，生光時刻為10日22時57分，復圓則發(fā)生在11日0時17分。其中，食既到生光為全食階段，這意味著，對于觀測者而言最精彩的全食時間有51分鐘。月全食 中國天文學會理事、南開大學教授蘇宜介紹說，本次月食發(fā)生的時間，對中國大部分地區(qū)來說都非常利于觀測，不僅持續(xù)時間較長，而且當天恰逢周六，又是發(fā)生在上半夜，再加上冬季晴天率高、2011年12月10日月全食高清圖 大氣透明度好。如果當?shù)靥鞖夂茫梢郧逦乜吹皆率车娜^程。 月全食時，為什么月亮呈暗紅色? 月食這一天象是如何發(fā)生的? 王思潮介紹說，地球在背著太陽的一面有一條陰影，月球在繞地球運行的過程中，有時會進入地球的陰影中，地球擋住太陽射向月球的光線，月食就形成了。如果月球整個進入地球的影子，發(fā)生的就是月全食。 發(fā)生月食的條件是月球必須位于地球的背日方向(地影所在的方向)。這在一個朔望月內(nèi)，只有逢“望”的日期，才有可能。因此，月食總是發(fā)生在滿月的時候。當然，大多數(shù)望日不發(fā)生月食。這是因為要發(fā)生月食的天象，還須日月的黃緯相等(或相近)。 月全食時，月亮并不會完全消失，而會呈現(xiàn)暗紅色。這是為什么? 王思潮解釋說，太陽光是由紅、橙、黃、綠、藍、靛、紫各種顏色的光線混合成的。當太陽光經(jīng)過地球上的大氣層被折射到地球背后影子里去的時候，它們都受到大氣層中極其微小的大氣分子的散射和吸收。 黃、綠、藍、靛、紫等色的光波比較短，在大氣中受到的散射影響比較大，它們大部分都向四面八方散射掉了;紅色的光線波長比較長，受散射影響不大，可以通過大氣層穿透出去，折射到躲在地球影子后面的月亮上。所以，在月全食時，公眾看到的月亮是暗紅色的。 專家支招拍攝“月食葫蘆串” 觀看月全食，最好能使用小型天文望遠鏡。有興趣的公眾可到各地天文學會或天文館、科技館進行觀測。另外，上海天文臺、中國科普網(wǎng)等將對本次月全食進行視頻或網(wǎng)絡直播，有興趣的公眾可以關注。 專家建議，愛好天文攝影的公眾，不妨提前準備好相機迎接這次月全食。拍攝時最好使用焦距長一點的鏡頭，用三腳架固定相機，通過快門線，適當加大曝光時間。如能選取一些有特色的背景物，比如高塔、古建筑等，將更有觀賞價值。 而要想拍攝“月食葫蘆串”，就需選用能連續(xù)在同一幅畫面中多次曝光的相機和廣角鏡頭，并準備好三腳架來固定相機，事先計算好多長時間(通常15分鐘-20分鐘)拍一次，就可以拍到了。 據(jù)介紹，今年是我國的月全食高發(fā)年，共有兩次月全食，分別在6月16日和12月10日上演。但2011年以后，2012年-2017年，中國公眾僅能欣賞到兩次月全食天象，它們分別發(fā)生在2014年10月8日和2015年4月4日。 不過，2018年中國將迎來又一次月全食高發(fā)年。與2011年一樣，這一年里中國公眾也可以欣賞到兩次月全食，分別發(fā)生在1月31日和7月28日。