2019年的最后一次日食来了!
发布时间:2019-12-26
出品:科普中国
制作:左文文(中国科学院上海天文台)
监制:中国科学院计算机网络信息中心

  今天你那里出太阳了吗?如果出了的话,说不定可以看到日食哦! 

  1226日,日环食天象即将上演,不过此次环食带不会经过我国境内,所以我国部分地区能观测到日偏食。 

 

20191226日中国主要城市见日食情况,表格来源:《中国天文年历》 

    

  没在表里的小伙伴也别伤心,明年621日就能在中国境内欣赏少见的日环食了。 

  快跟小编复习一下科学看日食的姿势吧,文末有直播链接哦。 

    

  四种日食,你看过几种? 

  当月球运动到地球和太阳之间时,如果三者正好处于一条直线,月球会挡住太阳照射到地球上的光,在月球背着太阳的方向会出现阴影,称作月影。在月影扫过地球上的区域看到的太阳被月球所遮挡,这种现象称作日食。

 

日食、本影、半影的示意图,图片来源:timeanddate.com 

    

  月影分为本影、半影和伪本影。本影(umbra)指没有受到太阳光直射的地方,在空间上其实是个圆锥形,故称作本影锥。半影(penumbra)指只受到部分太阳光直射的区域。而伪本影指本影锥汇聚一点后继续延伸所得到的椎体。 

  根据观测者位于月影的具体位置,观测者看到的日食主要分为四类,即日偏食、日全食、日环食和全环食 

  日偏食:当地球上的观测者处在月球的半影区中,看到的是日偏食,太阳一部分被月球遮挡。日偏食发生在非极区时,通常在地球的某些区域能看到其它食相,如日全食或日环食或日全环食。就像今天,中国多地能看到日偏食,而在沙特阿拉伯的部分地区就能看到日环食。  

  日全食:太阳平均直径是月球直径的约400倍,日地平均距离是月地平均距离的约400倍,因此在地球轨道上,月球本影的尺寸可以刚好遮住整个太阳,就发生了日全食。这种情况通常发生在月球处于近地点时,从而月球的本影才能扫过地球表面。当观测者处于月球本影范围内,便能看到日全食;而处于半影范围的观测者会看到日偏食。 

  日环食:当月球处于远地点时,月球的本影锥不能到达地球,月球本影锥延长所形成的伪本影锥扫过地球的部分区域。此时,月球看起来的大小比太阳看起来的尺寸小,因此从处于伪本影区的地方看太阳,能看到一个中心被遮挡、周围发光的光环,即日环食。 

  全环食:除了日全食和日环食之外,还有一种非常巧合情况下发生的日食——全环食。当月地距离刚好是日地距离的约1/400时,月球的本影锥顶点刚好能接触地球,而在全食带两端是伪本影。随着地月的相对移动,处于本影锥顶点附近的区域会先后看到日环食、日全食和日环食,故称作看到全环食。 

 

半影、日偏食(partial eclipse)、伪本影(antumbra)、日环食(annular eclipse)的示意图,图片来源:timeanddate.com 

    

    

  日食五步走,不过偏食只能看到三步 

  日食过程分为初亏、食既、食甚、生光和复圆。 

  初亏指月球东边缘刚和太阳西边缘相“接触”(外切)时,是日食的开始。食既,指月球东边缘刚和太阳西边缘相内切时,是日全食或日环食的开始。食甚,指月球中心距离太阳中心距离最近的时刻。生光,指月球西边缘与太阳东边缘相内切时,是日全食或日环食的结束。复原,指月球西边缘和太阳东边缘相外切时,是日食的结束。 

 

图片来源:veer图库 

  日全食过程中,同一个地区能看到从初亏到复原的时长能持续几个小时,而最精彩的部分是从食既到生光,持续时间从几秒钟到7.5分钟不等。21世纪最长的一次日全食中,这部分阶段时长为639分,发生在2009722日。 

  与之对比的是,月全食最长可持续3小时40分钟。为什么有这么大的差别呢?视觉上,日全食持续的时间取决于月影和日面的相对大小,而月全食持续的时间取决于地影和月面的相对大小。发生日全食时,月影从刚接触日面到完全离开日面所需时间不长,是因为我们看到的月影大小和日面大小相差不大。而发生月全食时,地影相对月面较大,从而在相当长的时间里,月面笼罩在地影的“侵蚀”中。 

    

  日环食过程中,同一个地区能看到从初亏到复原的时长能持续约3个小时,而能看到从食既到生光的时长从1秒钟到12分钟以上不等。 

  而对于日偏食过程,只能看到初亏、食甚和复圆三个过程,同一个地区能看到从初亏到复原的时长能持续几个小时。1226日,北京地区看到的日偏食天象从初亏到复原,持续时间1小时45分钟;上海地区看到的日偏食天象从初亏到复原,持续时间2小时25分钟。 

    

  这次日食,你能看到什么? 

  如果你处在环食带中心线上,则能看到月亮与太阳同心、也即能看到等宽的同心圆环。如果你仅在环食带内而没在中心线上,看到的是偏心圆环。如果你处在环食带以外、日食带以内区域,看到的则是日偏食。 

   

20191226日日食带的分布,图片来源:timeanddate.com 

  日环食地区:  

  简单地说,就是太阳被一点一点“吃”掉,成了一个亮环,接着又被一点一点“吐”出来的过程。 

  如果当天阳光灿烂,能看到太阳突然间被一个黑影遮挡住,黑影不断在扩大,感觉黑夜要来了。当太阳只剩下一个小月牙形时,天色暗淡,一直持续至太阳完全被黑影遮住。暗淡是暂时的,慢慢地月影向东移出,太阳慢慢露出光芒,直至恢复日食之前的样子。 

日环食最精彩的一幕当属食甚时分的这枚“钻戒” 

图片来源:Smrgeog2012520日拍摄 

  日偏食地区: 

  日偏食能看到什么,取决于食分是多少。食分指日面直径的被遮挡部分与太阳直径的比值,食分等于0.5表示日面直径被遮挡了一半。如果食分过低,难以肉眼看出太阳的大小和视亮度在发生变化。只有食分较大时,才能肉眼看出变化。 

    

  为啥新月月月有,但日食却不常有? 

  不难发现,日食对应的月相是新月。新月月月有,但日食却不常有。地球上每年都会至少出现2次日食(日偏食、日环食或日全食)。每年最多出现的日食次数是5次。在过去的5000年中,只有25年中有5次日食。 

  为什么日食不常有呢?因为日食的发生要求太阳、月球和地球三者处在同一条直线上。假想一个以地球球心为中心、半径无限大的球,称作天球,所有的天体都位于天球面上。月球在天球上移动的轨道面(白道)和太阳在天球上移动的轨道面(黄道)并不在同一个面上,而是存在约5度的夹角。发生日食需要满足一个苛刻的条件:月球和太阳均处在白道和黄道的交点附近。 

  此外,发生日食,并不意味着你就能看到日食,因为能看到日食的区域是有限的,没有处于日食带的区域是无缘观看那次日食的。对于同一地点来说,出现日全食的几率大概为每300400年出现一次。 

  上一次在中国境内能看到的日全食要追溯到2009722日,下一次是十六年后的203592日。对于日环食,在中国境内能看到的上一次日环食是2012521日,下一次是2020621日,如果错过下一次,就要等到203061日。 

  还有一个小知识值得和大家分享,通常一次日食发生之前或之后约两周有另一次月食的发生。就拿这次日环食来说,两周之后,110日会发生半影月食现象,当然半影月食发生时,月球亮度变化不明显,很难肉眼察觉出来。 

    

  科学家看日食是看什么?  

  对于大众来说,日食是值得欣赏的天象。但是对于天文学家来说,日食,特别是日全食的科学观测价值很大。 

  由于月球的遮挡,使得原本难以观察的太阳外层——日冕层得以露出真面目,对于太阳研究有着重要的意义。日全食阶段,我们可以看到平时难得一见的水星,是寻找水星轨道以内的小行星的好机会。 

  日全食还提供了良机去验证广义相对论的预言之一——光线在巨大的引力场中弯曲。1919年的日全食观测就是一个成功案例。爱丁顿爵士和他的助手拍摄了日全食期间太阳附近的恒星,与非日全食阶段拍摄的同一天区的恒星位置对比,从而测定出太阳引力造成的星光的偏折。观测所得到的星光偏折角度与广义相对论预言出的光线偏折角度更加接近,成为首个支持广义相对论的观测证据。 

上图示意了日全食阶段太阳附近的恒星位置;中图示意了非日全食阶段同一天区的恒星位置;下图示意了由于太阳的引力所造成的星光弯曲。图片来源:NASA 

    

  上述所说的科学价值,大部分是从可见光波段考虑。在可见光波段,日全食的科学价值高,日偏食、日环食要略逊一筹。但就射电波段的观测来说,日偏食、日环食同样具有科学价值,可以获得色球和日冕大气各层次和射电局部源的重要信息。 

  实际上,中国射电天文学的发展和日环食的观测还有一段美妙的渊源。 

  1958年中苏联合海南岛日环食观测为射电天文学这门新兴学科在中国的发展提供了一个契机。那次观测旨在研究太阳的射电辐射,由苏联主导,中国方面组织和培训了一批科研人员协助苏联进行观测。 

  虽然在基础知识背景方面不足,但苏联射电天文学家的讲座促进了中方人员开展射电天文的积极性,后续还开展了射电天文训练班,为射电天文研究人员打下了必要的理论基础。而且,中国的科研人员通过借用苏联的射电望远镜进行熟悉和解剖,研究从苏联借来的图纸,慢慢也掌握了设备制造的相关技术和原理。  

 

1958年海南岛日环食中苏联合观测队,图片提供:王绶琯院士 

  今天去哪儿看日食? 

  中国科学院天文科普联盟将以多地日食天象直播的方式向大家全程直播日偏食美景。 

 

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  我们更希望大家能走出家门,实地安全欣赏日食。虽然日食是太阳部分或全部被遮挡,光的强度有所下降,但仍然刺眼,直接观察会对眼睛造成伤害。目视观测时,需要佩戴正确的日食观察眼镜;如果用相机拍摄,需要在镜头前安装上滤光片;如果使用望远镜观测,需要在望远镜镜头前安装好类似巴德膜此类的减光配件。 

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