关于日全食的作文:日食的周期
五年级 日记 2980字 121人浏览 wht021

关于日全食的作文:日食的周期

尽管日全食出现在各种媒体上的频率并不比某些明星的曝光率低,但对生活在某一固定地点的我们而言,要想一睹它的风采,无疑比见到那些明星困难得多,因为即便在全球范围内看,日全食每年最多也只上演一两次,而且那动人心魄的精彩“演出”总是转瞬即逝,短暂得令人扼腕。

不过,日全食虽然看上去似乎难以捉摸,但由于地球绕太阳和月亮绕地球的公转运动都有一定的规律,因此日食和月食的发生必然也具有规律性,日全食当然不会例外。早在5000多年前,我们的先辈就发现了日月食的某些规律。如果我们仔细查看本杂志附录中的日食表,就会发现日食的发生也是有周期的,其中最著名的就是“沙罗周期”。

沙罗周期

古代的巴比伦人根据对日食的长期观测,发现日食的发生有一个223个朔望月的周期。这个223个朔望月(相当于18年11.3日或18年10.3日(如果有5个闰年))的周期被称为“沙罗周期”,“沙罗”(Salo )一词在拉丁语里就是重复的意思。在这段时间内,太阳、月亮和黄白交点的相对位置在经常改变着,而经过一个沙罗周期之后,太阳、月亮、地球的相对位置又回复到和原来几乎相同的位置上,因此地球上就会看到和上次相类似的日、月食。注意,沙罗周期并不是指两次日食之间的平均时间间隔,而是发生两次“类似”的日食的时间间隔,例如2002年12月4日大西洋、非洲南部、印度洋、澳洲等部分地区发生了一次日全食,全食持续时间是2分3秒,一个沙罗周期后(2020年12月15日),太平洋、南美洲南部、大西洋等地的部分地区发生日全食,持续时间为2分9秒,与上次几乎相同。而从2002年12月至2020年12月这段时间内,还会发生11次日全食,但是它们与这两次不属于一个沙罗周期。平均而言,每个沙罗周期内发生大约71次日、月食,包括日食43次(全食、环食、全环食),月食28次。

沙罗周期之所以会存在,其根本原因是地球绕太阳、月亮绕地球的运动具有一定的规律性。在深入理解沙罗周期之前,让我们先来熟悉几个天文学上的基本概念。

黄道与白道我们知道,月亮在围绕地球运动(轨道是个椭圆),周期为一个月;地球同时又在围绕太阳运动(轨道也是个椭圆),周期为一年。天文学上把月亮的绕地球运动轨道面称为“白道”,把地球绕太阳运动的轨道面称为“黄道”。白道与黄道并不在同一个平面上,它们之间存在一个交角,平均为5°09′。我们站在地球上观测,总是以自己为中心,因此在我们看来,黄道也就是太阳一年内在天空中走过的轨迹,白道则是月亮一个月内在天空中走过的轨迹。以地球为天球的中心,黄道与白道其实就是天球上的两个大圆,它们有两个交点,称为“黄白交点”。只有当太阳、月亮都运行到黄白交点的附近时,才有可能发生遮挡,形成日食或月食。

望和朔“朔”就是月亮位于地球和太阳之间(不一定在同一条直线上)的时刻,通常发生于农历的十五;“望”就是地球位于太阳和月亮之间的时刻(不一定在同一条直线上),通常发生于农历的初一。

朔望月月相变化的周期,也就是从朔到朔或从望到望的时间,叫做朔望月。朔望月的长度并不是固定的,有时长达29天19小时多,有时仅为29天6小时多,它的平均长度为29.530588天。

交点月交点月是指月球在天球上连续两次经过同一黄白交点的时间间隔。其平均长度为27.21222日。它对于日月食周期推算有重要意义。

交点年太阳从一个黄白交点经过到回到这个交点所需的时间,称为交点年,其长度为346.62003天。由于黄白交点每月沿着黄道向西退行移约1.6°,所以交点年短于我们平时所说的公历年(即365天)。

现在,我们来看日食发生的条件:日食只可能在朔日发生,而且太阳、月亮必须差不多位于一条直线上,换句话说,发生日食时,太阳、月亮都必须位于黄白交点附近。如果某天发生了日食,那天必定是朔日(正月初一左右),并且太阳、月亮都位于黄白交点附近,例如2008年8月1日将发生日全食,那天正是农历初一,黄白交点在巨蟹座,而且太阳、月亮也在巨蟹座。

假设再过n 天后,太阳、月亮又运行到了几乎与此完全相同的位置(即黄白交点、月亮、太阳又都回到巨蟹座),那么在地球上看来必将发生与此类似的日食。显然,这个n 天应该是交点月、交点年、朔望月的长度的公倍数,经过计算可以发现223个朔望月的长度与242个交点月、19个交点年的长度几乎相等:

223个朔望月=223×29.530588天=6585.3211天

242个交点月=242×27.21222天=6585.3572天

19个交点年=19×346.62003天=6585.7806天

也就是说,n 的最小值是6585.3211天左右,其实就是一个沙罗周期。这就是为什么会存在沙罗周期的缘由,现在我们不难理解为什么每经历一个沙罗周期,就会发生类似的日食(或月食)了,不过需要注意的是,这两次日食的见食地点并不相同:2008年8月1日的日全食(持续时间2分27秒)发生在加拿大、北冰洋、俄罗斯和中国西北部;2026年8月13日的全食(持续时间为2分18秒),见食地点变成了北冰洋、格陵兰、大西洋、欧洲极西部地区,这又是什么缘故呢?

沙罗周期后话

相隔一个沙罗周期的两次日食,不仅见食地点并不相同,而且日食类型也不一定一样。这有两方面的原因。

其一,223个朔望月(6585.3211天)和19个交点年(即食年,6585.7806天)的长度并不完全相等,而是相差了0.4605天。因此第二次日食发生时,太阳在黄道上的位置和第一次并不相同,0.4605的时间里它大约运动了28′(记得太阳在黄道上自西向东运动,每年运行一周),也就是说此时的太阳比第一次日食时偏西28′,结果导致月影扫在地球上的位置和第一次相比也有了变化,将向北或向南移动(取决于第一次日食发生在两个黄白交点的哪一点)。每经历一个沙罗周期,太阳就偏西27.2′,同时月影就向南或向北退行一些。直至太阳超出食限、月影离开地球,这个周期性的系列日食(称为一个沙罗食系)就结束了,之后即使再过一个沙罗周期也不会有类似的日食发生了。目前共有12个不同的沙罗食系同时进行着,2009年将在我国境内上演的全食时间大约为

7.5分钟的日食,就属于其中一个食系,分别曾在1937、1955、1973、1991出现过。而2008年8月1日的日食,属于另一个不同的沙罗食系,曾在1954、1972、1990年出现过。当然它们的见食地点都已不同了。

其二,每过一个沙罗周期,日食的见食地点除了上述的南北移动之外,还有东西方向(即经度)的移动。这是因为一个沙罗周期的223个朔望月是6585.3211天,不是整数。举例来说,假设有一次甲地发生了日食,经过一个沙罗周期之后,将发生类似的日食,但是此时地球转动了6585.3211圈,这次的见食地点就不再是甲地,而是与它相距0.3211个地球周长而且位置偏西的乙地(因为地球自转方向是自西向东),易于算出乙地的经度要比甲地偏西120度左右。再过一个沙罗周期,见食地又将西移120度。所以甲地要想再次看到类似的日食(也就是这个沙罗食系内的日食),至少需在三个沙罗周期之后(54年34天)。但是由于月影在每个沙罗周期还有南北移动,三个沙罗周期后日食时的相对位置事实上不会返回甲地,必须经过300~400年左右,甲地才能再次看到日食。