日全食并不罕见——你可能已经错过了一大堆

它们大约每 18 个月发生一次。

“朔望”(syzygy)这个词听起来很神奇,不仅仅因为它在拼字游戏中能让你至少得到 25 分。天体排列的概念本身就充满诗意。当它在地球上导致日全食时,你会在片刻之间感觉到自己仿佛是更伟大、更壮丽事物的一部分。这种短暂的体验只会让它更加美丽。正因如此,成千上万的人将在 2017 年 8 月 21 日涌向全食带,以亲眼目睹这一千载难逢的现象。

而在 22 个月后,这一切又会重演。只是可能没有那么拥堵。

那次日食将主要发生在太平洋上空,不过在接近尾声时会横跨阿根廷南部和智利。日全食之所以感觉如此罕见,是因为它们在同一个地点再次发生需要很长的时间。两次重现之间会相隔数百年,如果你不愿意环游世界去观看下一次,那么你一生中可能只会看到一次。但如果你愿意追逐它们,你大约每 18 个月就能看到一次日食。

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自 2000 年以来的每一次日全食的全食带。图片由 Sara Chodosh 绘制 | 数据来源:NASA

这还只是日全食。加上偏食和环食,每年通常会有两到三次日食。顾名思义,偏食是指月球只遮挡了部分太阳。环食与日全食完全一样,只不过月球离地球不够近,无法完全挡住太阳的光线。

那么,日食到底是怎么发生的呢?

只有当月球距离我们很近并且与太阳完美对齐时,我们才能看到像美国人将在今年 8 月份看到的这种完全黑暗的现象。要理解为什么这种情况会周期性地发生,你首先需要了解月球是如何绕地球运行的。

请耐心听我说。我知道你可能觉得自己已经明白了,但让我们从一个简单的问题开始:考虑到新月(满月的对面)发生在月球位于地球和太阳之间时,为什么我们不是每个月都有日食呢?如果你已经知道答案,恭喜你!你是个天文学爱好者——别太得意。对于其他人,我来解释一下。

月球绕地球运行一周大约需要 28 天。在这段时间里,它会经历从满月到新月再回到满月的整个过程。这张非常不错的图可以向你展示月球在每个阶段的样子。

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当然,太阳实际上并没有那么近,否则我们都会死…… Orion 8/Wikimedia Commons

我们从地球上看到的月球部分,就是被太阳照亮的那一部分,因为它本身不发光,只是反射太阳光。当它绕行了四分之一时,你看到的是这块大奶酪面向明亮、闪耀的火焰气体和等离子球的一面。当它绕行了四分之三时,情况也是如此。满月发生在整个月球表面都能反射太阳光时,或者说当月球位于地球“后面”时。

这听起来可能有点奇怪。如果地球位于月球和太阳之间,地球难道不应该投下阴影在月球上,从而阻止我们看到它吗?

我们称这种现象为月食,而月食也不是每个月都会发生。(而且你实际上仍然可以看到月球,它只是看起来是血红色,因为地球大气层散射了所有其他波长的光)。它们不每月发生的原因很简单:所有这三个天体都需要处于同一平面才能发生,而事实是,它们并不在同一平面上。

这里有一张图,可以帮助你理解日食的样子。

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由于只有红光波长能够穿过地球大气层到达月球,月球只将这些波长反射回来,因此在我们看来呈现红色。图片由 Sara Chodosh 绘制。

一切都完美地排列成“朔望”。这种情况在大多数月球周期中都不会发生,因为月球的运行轨道与太阳不在同一个平面上。它以一个角度绕轨道运行,使得大多数时候它会偏离几个度(平均约五度)。

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请记住,这些图并非按比例绘制……图片由 Sara Chodosh 绘制。

实际上,在这些时候,月球正在投下阴影,只是这个阴影错过了我们的星球。当我们的对齐几乎完美时,就会发生偏食。

所以,从某种意义上说,当一切在正确的时间和正确的角度完美对齐以产生日全食时,这确实有点神奇。只是因为月球绕地球运行如此频繁,平均每一年半左右就会出现一次这样的条件。

我们不会永远拥有日全食。

月球正在远离我们。这不是因为我们做了什么,这只是自然规律。你看,每当月球引起潮汐时,我们地球的自转就会稍微减慢一点,而月球的轨道也会增加。这涉及到两个天体之间的角动量转移,这意味着月球每年正以略多于两厘米的速度远离地球。

根据一些估计,这意味着在大约 14 亿年后,月球将离地球足够远,以至于它无法完全遮挡太阳的光芒。所以总有一天,会迎来“最终的日食”,前提是人类能活那么久才能看到它。想象一下那时候的交通状况。

 

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Sara Chodosh

撰稿人

Sara Chodosh 在《Popular Science》杂志工作了 5 年多,她从编辑助理一路晋升为科学副编辑。在此期间,她逐渐接管了已停刊的杂志的“图表”板块。她对图表的喜爱最终促使她成为《纽约时报》的图形编辑。


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