月食的形成特征,月食形成原理

首页 > 经验 > 作者:YD1662024-03-07 06:53:30

大家都知道太阳光照射下的不透明物体,都会有各自的黑影子存在。顺着这个思路走,较大的天体也是一样的会有影子存在,地球也不例外。太阳光的照射下,地球也有影子存在,由于地球庞大且近乎圆形,所以我们的地球有个庞大无比的锥形影子(上面尖锐,下面圆粗的形体)!由于地球与太阳都是圆体(太阳非点光源),所以地球的影子有两种,一种为本影(主要的黑暗区域),另一种为半影(不是很明显)。

月亮一直围绕地球做椭圆(近圆)运动,那么,难免有机会(一般时间在农历15满月左右)月亮会进入地球影子(本影加半影)中去。但这个机会不是经常有的,因为太阳光线直射到地球延伸的影子这一平面(也可以说是地球绕太阳公转的平面)与月亮绕地球公转(地月连线)的平面不在同一平面内,它们不平行,两个面之间有夹角。

这两个面在天文学中分别是黄道面(日地)和白道面(月地)。地球阴影位于地球公转(围绕太阳)轨道面(黄道面)的延伸平面区域,此延伸平面区域与月球(围绕地球)轨道面(白道面)并不重合,黄白道面交角约5度左右;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而已。

在生活中你可以形象的把地球比作一个篮球(或简单的拳头),月亮比作一个乒乓球(或大拇指),地球和月亮在太空中都是运动的。将篮球放在太阳光(或人造灯)下,会出现篮球的影子,这个篮球的影子就可以粗略的比作为地球的本影区,慢慢转动乒乓球,模拟月亮运行的轨道,绕篮球(地球)运动。

当乒乓球(月亮)进入篮球(地球)影子中时,这个时候就是我们所说的月全食了。如果,乒乓球(月亮)表面只有部分篮球(地球)的影子(本影),那么,这个就是月偏食阶段。那么,问题来了,为什么乒乓球模拟的月全食,乒乓球表面颜色和月全食时月亮颜色不同啦?

乒乓球之所以表面很黑,是因为篮球没有大气层。地球具有大气层,太阳光经过折射后会照到月亮表面。由于波长长的红光几乎会直接穿过地球大气层到达月亮表面,所以月全食发生时月亮表面看起来是暗红色的,这方面具体的成因,可以看后面我写的相关“月全食时月亮的颜色”。

注意上述比例是不按正确比例缩小的。月亮比地球小,直径约为3476公里,大约等于地球直径的3/11。月亮的表面面积大约是地球表面积的1/14,比亚洲的面积还稍小一些;它的体积是地球的1/49,换句话说,地球里面可装下49个月亮(按质量来算是81个)。

月食的形成特征,月食形成原理(5)

月食的形成特征,月食形成原理(6)

月全食形成示意动画图,图片来自网络

月全食的发生过程

每一个天象事件都有一个过程,月全食也不例外。

半影食始>初亏>食既>食甚>生光>复圆>半影食终

1.半影食始(地球半影接触月亮瞬间):月全食最开始阶段,是月亮首先进入地球的半影区域内(半影月食开始阶段)。地球半影内的月亮,在地球夜晚一面上的观测者看来月亮表面不是那么的明显,颜色由亮稍微变暗点(在月亮边缘)。

所以,这需要的当地天气条件很苛刻,比如能见度很高的那种,当然无雾霾云这些。不过,有望远镜条件的天文爱好者可以借助望远镜以及软件模拟(看看地球的半影照射在了月亮边缘表面的什么位置上)看看这个半影月食,看看月亮是否有颜色的变化。可利用月亮滤镜去除部分月亮的强光观测最佳,比较容易区分颜色或暗亮变化。

总之,半影月食有点难观测,主要靠眼力,有兴趣的朋友不防尝试观测。想随意吊儿郎当就看见月亮颜色变化(月偏食,暗红色)的同好,就得耐心等到月偏食发生了,也就是月亮进入地球本影区域。

2.初亏(地球本影初次接触月亮瞬间):随时间的推移,月亮慢慢运动,深入地球的半影区域,来到了地球半影与本影的交界处,月亮开始进入地球的本影,月偏食开始。这里,就需要仔细观测月亮边缘了(本次事件根据软件模拟是月亮的左方开始进入地球本影),会看见月亮表面的颜色逐渐开始变暗,暗面积会随时间推移越来越广,这是月亮深入地球本影越来越深的缘故。

3.食既(地球本影完全包含月亮瞬间):月亮继续运动,当月亮运行到完全被地球本影“照射”到时,月全食开始了,精彩部分上演,“血月”来临,此时会看见月亮呈现暗红色或古铜色等(根据大气等条件决定颜色,见后文详述)。

4.食甚(月亮位于地球本影深处):当月亮运行到地球本影最深处时(月亮中心与本影最深中心最近时刻),整个月全食的精彩核心上演了。受到地球本影最暗处的影响,此刻月亮表面也最为暗淡(深深的暗红色)。

5.生光:和前面类同,只是事件相反。月亮开始“走出”地球的本影,“重见光日”。生光后,又是可以看见月偏食的时候,还有半影偏食。标志着月全食最为精彩部分的结束。

6.复圆:月亮完全“走出”地球的本影,进入半影区域,标志着月全食中偏食的结束,也可以说月全食结束,只是后续还有不易肉眼可见的半影食,进深夜,可观测,也可不观测了。

7.半影食终:月亮完全离开地球的影子中,月全食全程结束。半影食终前,可以挑战观测半影对月亮表面的颜色变化,与前面的食始类同,可作为对比照片拍摄。

月食的形成特征,月食形成原理(7)

为什么月全食时月亮的颜色是红色的?

月全食发生时,月亮表面的颜色看起来是近乎暗红色的。我们前面提到过,乒乓球比作月亮,模拟出其表面却是近乎纯黑色的。那么,为什么啦?因为篮球没有大气层,在月全食发生时,地球有大气层。太阳光传过大气层折射后到达了月亮表面,从而形成暗红色月面。

在生活中,相信大家经常会发现,一根筷子插入水中,筷子在水中看起来(和空气中不一样)是偏折的。这是因为,光线进入不同介质(水)造成的。光线在同一介质中(如空气,太空)是直线传播的(这里不考虑引力影响),但是从一种介质到另一种介质时,就会发生折射现象。

月食的形成特征,月食形成原理(8)

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