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日食,又作日蝕,是一種天文現象,只在月球運行至太陽與地球之間時發生。此時,對地球上的部分地區來說,月球位於太陽前方,因此來自太陽的部分或全部光線被擋住,看起來好像是太陽的一部分或全部消失了。日食分為四種,包括日全食、日環食、日偏食及全環食,其中較罕見的是全環食。

1 日食 -概述

日食日食

日食 (Solar Eclipse),是發生時,在地球上月影里(月亮投射到地球上產生的影子)的人們開始看到陽光逐漸減弱,太陽面被圓的黑影遮住,天色轉暗,全部遮住時,天空中可以看到最亮的恆星和行星,幾分鐘后,從月球黑影邊緣逐漸露出陽光,開始發光、復圓。由於月球比地球小,只有在月影中的人們才能看到日食。月球把太陽全部擋住時發生日全食,遮住一部分時發生日偏食,遮住太陽中央部分發生日環食。

發生日全食的延續時間一般不超過7分31秒。日環食的最長時間是12分24秒。法國的一位天文學家為了延長觀測日全食的時間,他乘坐超音速飛機追趕月亮的影子,使觀測時間延長到了74分鐘。中國有世界上最古老的日食記錄,公元前一千多年已有確切的日食記錄。日食一般發生在農曆的初一。

2 日食 -原理

日食一般發生在朔,即農曆初一當日。這是因為只有在那一天,月亮才會出現在太陽與地球之間的連線上,這樣才有可能使月球擋住太陽而形成日食。

地球圍繞太陽公轉的軌道稱為黃道,把月球圍繞地球公轉的軌道稱為白道。黃道平面與白道平面不是相同的,它們之間平均有5°09′的夾角,並且隨時發生變化。只有當月球運行到黃道和白道的升交點和降交點附近時,才會發生日食,故並非每次朔日皆有日食發生。   

日、月食的發生必須是新月和滿月出現在黃白交點的一定界限之內,這個界限就叫做「食限」。計算表明,對日食而言,如果新月在黃道和白道的交點附近18度左右的範圍內,就可能發生日食;如果新月在黃道和白道的交點附近16度左右的範圍內,則一定有日食發生。

由於黃道和白道的交點有兩個,這兩個交點相距180度,所以一年之中有兩段時間可能發生日食和月食,這兩段時間都稱為「食季」,它們相距半年。太陽每天在黃道上向東移動約1度,由於日食的食限為18度左右的範圍,太陽從黃道和白道交點以西的18度運行到黃道和自道交點以東的18度,大約需要36天,也就是說日食的每一個食季為36天。

3 日食 -過程

    日食 

日食的過程可分為五個階段,而只有日全食才擁有全部過程,日偏食和日環食則沒有食既和生光。

初虧:因月球自西向東繞地球公轉,當月球東沿相切於太陽西沿,日食正式開始,太陽開始出現虧損。

食既:月球繼續向東運行,當東沿相切於太陽東沿時,太陽完全被月球遮擋,光線完全被吞食,稱為食既。日全食開始。 

食甚:當月球東移至中心與太陽中心重合的位置,日全食達到極點,稱為食甚。 

生光:月球繼續東移,當西沿相切於太陽西沿,太陽開始露出,光芒開始重現,稱為生光。日全食結束。 

復圓:生光后月球遮擋太陽越來越少,當月球西沿相切於太陽東沿,太陽圓盤形狀完全恢復,整個日食過程結束。

4 日食 -種類

日全食
日食日全食

太陽比月球寬400倍,但離地球也是400倍遠。由於對稱的緣故,月球的暗影,也就是落在地球表面的陰影,寬度正好可以遮住整個太陽。太陽光球完全被月亮遮住,原本明亮的太陽圓盤被黑色的月球陰影遮蓋。然而,也只有在日全食發生時才可能用肉眼觀測到模糊的日冕。日全食只在月球位於近地點時發生,此時月球的本影錐長度較月地之間距離長,本影錐才能掃到地球表面。由於太陽的實際體積比月球大很多,所以日全食通常只能在地球上一塊非常小的區域見到,因為月亮的本影對太陽來說只是一個小點。(在全食區之外,所見的食相是偏食)。

日偏食

中國史書上稱「日有食之,不盡如勾」,造成日偏食的原因是因為觀測者落在月球的半影區中,觀測者會看見一部分的太陽被月球的陰影遮蓋,但另一部分仍繼續發光。太陽和月球只有部分重合,依據兩者中心的視距離遠近(太陽被月球遮蓋的最大直徑)來衡量食的大小。通常日偏食是伴隨著其他食相發生,如日全食或日環食或日全環食。 

日環食

當月球處於遠地點時,月球的本影錐不能到達地球;到達地球的是由本影錐延長出的偽本影錐。此時月球的視直徑略小於太陽。因此,這時太陽邊緣的光球仍可見,形成一環繞在月球陰影周圍的亮環。

全環食

全環食只發生在地球表面與月球本影尖端非常接近,或月球與地球表面的距離和月本影的長度很接近的情形下。由於地球為球體的關係,而本影影錐接觸地球時為日全食(常為在食帶中間),在食帶兩端由於影錐未能接觸地球,致只能有偽本影到達地球之下,所看到的是日環食。所以,當全環食發生時,隨著地月之間的相對運動,會先後出現環食→全食→環食,當然,對於某一個具體的地點來說,在一次日食過程中是不會同時看到全食和環食的。全環食發生機率甚少。

5 日食 -發生次數

日食的次數以下是20世紀(1901-1999)發生全世界範圍內日食的次數:

種類 次數  
日偏食  78
 日環食 73
 日全食 71
 混合食 6
 總計 228

6 日食 -規律周期

日食日食

由於地球繞太陽和月亮繞地球的公轉運動和黃白交點的移動都是有規律的,所以相隔一定的時間就會發生一次大致類似的日、月食。

雖然平均每18個月地球就可以有些地區會發生日全食,但日全食仍是很罕見的。據推算,在任何一個地點須平均要間隔370年才能看見一次日全食。因為月影向東移動的速度超過每小時1700公里,因此日全食在一個地點持續的時間只有幾分鐘。日全食持續的時間不會超過7分31秒,而一般都比較短:每一千年中超過7分鐘的日全食通常少於10次。從公元前3000年至公元5000年,這8,000年中,最長的日全食將發生在2186年7月16日,持續的時間為7分29秒。20世紀最長的日全食發生在1955年6月20日,持續了7分8秒。

如果知道一次日食的時間和地點,就有可能利用日食周期推測其他的日食。有兩個已知的周期是Saros和inex。沙羅周期可能是最精確的一個日食周期,依內克斯本身就不是個明確的周期,但是在日食周期的分類上非常有用。在一個沙羅序列完成後,新的序列會晚一個依內科斯周期才開始,它的名稱:in-ex,就是這樣來的。沙羅周期為6,585.3天 (比18年略長一些),這意味著經過這個周期會發生幾乎相同的日食,但其中最顯著的差異是經度會偏移120度 ,緯度也稍有變化。沙羅序列永遠以發生在地球極區的日偏食開始,然後經由一系列的日全食和日環食逐漸越過整個地球,並以日偏食在相對的另一個極區結束。沙羅序列的長度從1226年至1550年不等,序列中會發生69次至87次的日食,其中大約40次至60次是中心食 。

7 日食 -歷史記載

日食日食

日食,尤其是日全食,是最引人注目的天象之一。中國古人早在三千多年以前,就對日食現象做了記載。最早的記載是《書經·胤征篇》,據考證,這次日食大概發生於夏代仲康元年。

《春秋》這本編年史記載了公元前770年—公元前476年的244年中的37次日食。從公元3世紀開始對於日食的記錄,更是一直延續到近代,長達一千六七百年之久。

在出土的商代甲骨卜辭中,被認定的日食紀事有5次。這是發生在公元前14世紀至12世紀之間的日食紀事。 在古書《詩經·小雅》中,也有日食紀事:「十月之交,朔日辛卯,日有食之。」據考證,這次日食發生在周幽王六年,即公元前776年9月6日。

到了漢代,對日食時的太陽位置、起止時刻、見食時間、食分(即日面所食部分佔整個日面的比例)以及日食初虧所起的方位等,也多做明確記錄。例如《漢書·五行志》對發生於漢征和四年八月辛酉晦(公元前89年9月 29日)的日食記載:「不盡如鉤,在亢二度,晡時食,從西北,日下晡時復。」這條記錄告訴人們,食分很大,光亮的太陽圓面只剩下一個鉤形了,食起於西北方向,這時太陽位於亢宿二度等。

據統計僅春秋時代記載的日食就有37次,其中33次已經被證明是完全可靠的,如果從春秋時代起算到清乾隆年間為止,中國記錄了大約有1000次左右,這不愧為世界上最完整的日食記錄。

8 日食 -21世紀記載

 時間最佳觀測點 時間 最佳觀測點  時間最佳觀測點
 2008-2-7 環南極洲、太平洋 2015-3-20全大西洋、斯匹次卑爾根群島、北冰洋2023-4-20全環印度洋、伊里安島、太平洋
  2008-8-1全加拿大、北冰洋、蘇聯、中國 2016-3-9全印度尼西亞、太平洋2023-10-15環太平洋、北美洲南部、南美洲北部、大西洋
 2009-1-26環大西洋、印度洋、印度尼西亞  2016-9-1環大西洋、非洲、印度洋2024-4-9全太平洋、北美洲南部、大西洋
  2009-7-22全印度、中國、太平洋 2017-2-26環太平洋、南美洲南部、大西洋、非洲南部2024-10-3環太平洋、南美洲極南部、大西洋
  2010-1-15環非洲、印度洋、緬甸、中國  2017-8-22全太平洋、美國、大西洋2026-2-17環南極洲、印度洋
  2010-7-12全太平洋、南美洲南部  2019-7-3全太平洋、南美洲2026-8-13全北冰洋、格陵蘭島、大西洋、歐洲極西部
  2012-5-21環中國、日本、太平洋、美國 2019-12-26環阿拉伯半島、印度、印度尼西亞、太平洋2027-2-6環太平洋、南美洲極南部、大西洋
  2012-11-14全澳大利亞、太平洋 2020-6-21環非洲、阿拉伯半島、巴基斯坦、中國、太平洋2027-8-2全大西洋、非洲極北部、亞洲極西南部、印度洋
  2013-5-10環澳大利亞、伊里安島、太平洋 2020-12-15全太平洋、南美洲南部、大西洋2028-1-26環太平洋、南美洲北部、大西洋、歐洲西部
2013-11-3全環大西洋、非洲2021-6-10環北美洲東北部、北冰洋、蘇聯2028-7-22全印度洋、澳大利亞、太平洋。
 2014-4-29環南極洲2021-1-24全大西洋、南極洲、太平洋  

9 日食 -相關文化

日食日食過程圖

在歷史當中,將日食視為不吉祥徵兆,是因為文明缺乏天文學知識或是資訊傳播上的落後,所產生的局限認知,歷史記載上的神話、民間上的傳說,認為是象徵災難的降臨,而在日食時舉行救日行動之類的儀式。但在現代社會中,這層無科學角度的不合理解釋已逐漸為人們所拋棄(仍有部分國家地區的民眾聽信謠言)。

中國:將日食當作是上天的警告,認為是肇因於天狗食日,必須敲鑼打鼓趕走天狗,因此統治者對日食的觀測非常關心,《日蝕說》曰:「日者,太陽之精,人君之象。君道有虧,有陰所乘,故蝕。蝕者,陽不克也。」。漢朝的張衡,卻針對日食和月食提出合理的科學解釋,並說明原理。

日本地區:根據日本神話天照大神說,當日食發生之時,代表侍奉太陽神的巫女卑彌呼的靈力消失,會遭到邪馬台國人民的殺害。

北歐神話當中,蘇爾(Sol)是太陽的化身,當發生日食的時候,就表示追逐太陽的凶狼斯庫爾(Skoll)追上了蘇爾,這時候地上的人們就會敲鑼打鼓以嚇走天狼。

10 日食 -影響

日食會對地球環境乃至人類社會的運作產生一定的影響,以下是科學角度認知上的災害:

天災方面:造成能見度下降、氣溫降低(沙漠地區最為明顯)、濕度上升,對於交通運輸的生產作業、通信安全(定位衛星斷訊)等,或是某些敏感的動植物會應日食產生不尋常的變化。因此在日食(尤其日全食)期間,受到影響的地區需要調整照明設備以維護交通安全。 

人禍方面:根據歷史的事件紀錄分析,有發生過有心人士將日食當作時間點的指標,藉由此引起國家動亂、起義戰爭、奪取統治階級的生命等各種意圖的時機。在社會治安上,則會有人刻意散播不實謠言(或者是藉由網路等手法),造成民眾的迷信猜測和心理恐慌等影響。

11 日食 -相關趣聞

神話
日食日食

對古代人而言,日食是十分可怕的。中國古代認為日食是因為一條龍吞掉了太陽,其它的文明也認為這是不祥之兆,有許多「解決方法」:打鼓、朝天空射箭、拿物或人祭祀等。據傳,曾經有一次致命的日食報告錯誤。這是說公元前二世紀的兩個中國天文家由於一些原因沒報告日食。那時的中國帝王認為自己是天子,十分重視天象,認為那是上天給的暗示,因此他請了一批天文家定期觀測天象。那時彗星和流星不能被預言,但日食是可以預測的。兩位天文家沒有告訴帝王日食這一重大天象的發生,帝王盛怒,將兩人斬首示眾。那時的天文學家比現在危險得多。

政治事件
2012年11月14日,澳大利亞昆士蘭東北部地區當天迎來1300年來首次日全食2012年11月14日,澳大利亞昆士蘭東北部地區當天迎來1300年來首次日全食

讓天文官丟了腦袋的「仲康日食」:大夏王朝曾出現過一次日食,因羲和頭天夜裡喝醉酒昏睡,第二天錯過報告日食的時間,仲康大帝將羲和推出斬了首。

阻止了一場戰爭的日食:公元前6世紀~7世紀,伊朗高原上的米底王國與呂底亞王國在哈呂斯河(今柯孜勒河)一帶展開激烈的戰鬥,突然發生的日食。雙方認為,這是上天不滿他們兩國的戰爭而發出的警告,仗不能再打下去了。雙方的首領經過一番商討以後,決定握手言和,簽訂了永久的和平契約。

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