日食七问：为什么日全食10亿年后会消失

日全食成因示意图

    为什么日全食10亿年后会消失

    地月系统在太阳系中非常独特，因为目前从地球表面看，只有这个体系中的月球的角大小跟太阳的角大小相匹配。这意味着在这个轨道上，月球有时确实能遮盖住太阳，让观测者在大中午突然陷入可怕的黑暗中。但是月球的轨道并不稳定。由于存在潮汐摩擦力，月球的轨道慢慢变得越来越大，因此从地球上看，月球的角大小变得越来越小。当我们到

    太阳直径是87万英里(140万公里)。目前太阳的角直径从32.7弧分到31.6弧分不等。另一方面，月球的直径是2160英里(3476公里)，与地球之间的距离变化是，在近地点是22.1218万英里(35.6万公里)，在远地点是25.2288万英里(40.6万公里)。这意味着它的角大小范围是从33.5弧度秒到29.43弧度秒。因此月球和太阳的角大小相等形成全食的机会很多。然而月球的轨道每年增加大约0.4英寸(1厘米)，所以当月球漂到距离地球大约1.2552万英里(2.02万公里)的地方以外时，它距离最近的点都将非常遥远，因此它的盘看起来明显会比太阳的更小。月球的轨道以每年几乎接近1英寸(2厘米)的速度增加，大约还要10亿年日全食现象才会消失。然而在这段时间内，太阳自己的体积会稍微增加一些，这一结果将导致“ 没有日全食的”现象会在10亿年之前发生。

    为什么日食不在新月时发生

    只有当一颗行星的卫星与黄道面(位于经过太阳中心和地心的一条直线上)呈0.5度角时，日食才会发生。月球围绕一个与黄道面呈5度角的轨道运行，因此每个月月球只有两次机会经过黄道的平面，它通过的这两点被称作升交点和降交点。这两点与地月系统的重心(围绕两个天体轨道的点，这里大致是地球的中心)相连产生的线被定义为“交点线”。如果这条交点线与从太阳和地球中心延伸出来的一条线能合并在一起，太阳和月球的食将会发生。

    月球必须与升交点或降交点呈0.5度角，太阳圆盘才能部分或全部不被覆盖形成日食。关于为什么月食不在每个满月(位于从地球到太阳的相反点)的时候发生的问题，也存在一个具有争议性的类似解释。

    日食和月食哪个发生次数更多

    根据弗雷德·惠普尔的书《地球、月球和行星》上说，日食比较常见，它每年发生2到5次，但是地球上能看到全食的范围仅有几英里宽。在地球上的任何一个指定地点，日全食的发生率仅为每360年一次。由地球的阴影产生的月食比日食更少见，然而每次月食大约能覆盖地球表面的大半部分。在任何指定地点，你每年能看到3次月食，但是有些年份连一次月食也看不到。在任何一个历年，食出现的最多次数是日食4次，月食3次。

    日食会影响人类吗

    目前没有证据能证明日食会对人的身体产生影响，然而这种自然现象已经给人们的心理造成严重影响。多个世纪以来，日食一直被每一个已知的文明社会解释成是末日征兆。这些过激的反应导致人类对日食感到既敬畏，又迷惑。虽然日食没对人体造成直接影响，但是它造成的心理影响给人体间接带来不好的结果。

    什么是影带

    观测者在日全食发生的前几秒看到的大部分短暂现象中，就包括影带。它们看起来像很多模糊的缎带，只要将一张几英尺见方的白纸放在地上，就能看到它们。它们看起来就像池底阳光留下的涟漪。而且每个日食的影带可见度都各不相同。19世纪的观测者将它们解释成是一些类型的衍射现象产生的干扰带。然而，太阳很难是一个“点源”，而且影带的模式比你能期望衍射现象产生的模式更随意。

    不过有关这一现象的一种最简单的解释是，它们在大气的骚动干扰过程中产生。在光线穿过大气中的漩涡时，出现了折射现象。非常遥远的地方的光源看起来就像一些“闪光”，但是在大型天体附近，射来的光能分裂成干扰束，到达地面再进行重新组合，形成斑驳的光斑和暗色带状物，或者是带状物的一部分。在全食附近，太阳的影像只是一个仅有几弧度秒宽的细细的新月形，它的大小大约就跟在地面上看到的大气漩涡的大小一样。之所以会产生带状物，是因为太阳的影像的一边比另一边长。影带的移动速度并不像我们期望的那样，并不是跟日食同步，它的速度是由大气漩涡的运动速度决定。

    电脑如何预测日食

    要预测日食，天文学家首先要计算出地球和月球的轨道力学，看看它们在3个天体之间的重力场影响下，是如何围绕太阳运转的。他们通过牛顿的运动定律，将这些天体拥有有限的体积和不完美的球体，以及地球和月球不是同一类天体等情况考虑在内后，计算出三者在三维空间中的运动状态。他们通过仔细观察，然后将这些复杂的公式与地球和月球的目前状况及速度结合，再用电脑向前或向后“推算”，及时绘制出从地球上的有利地点看到的月球和太阳的相对位置运行轨迹。日食是这些天体的特殊结构，通过电脑可以确定。目前日食预测的精确度是，在数百年的时间间隔内，误差小于1分钟。

    什么是沙罗周期

    沙罗周期是日食和月食的周期，是指月球在它的轨道盘上运行一周(以便月球交点沿着轨道公转一周)所需的时间——18年零10天。这个 “Nordical”周期几乎跟沙罗周期期间的一个太阴月(223 x 29.53 天= 6,585.19 天)的整数相等。因为沙罗周期的真正长度是6585.32天，因此你必须等三个沙罗周期，才能在地球上的相同地点看到日食再次发生。世界各地在沙罗周期中的连续食，有三分之一的是通过这种方式发生的，在3个沙罗周期后，即54年零33天后，日食几乎又在相同的地理位置出现。12个不同的主要沙罗日食 (Grand Saros eclipse)现在正在发生，其中一个的食分别发生在1937年、1955年、1973年、1991年和2009年，每一次食的持续时间都在7.5分钟内。(孝文)