【備戰(zhàn)月全食科普系列#1】關(guān)于月食，你不可不知的那些事

2022年11月8日，星期二，本年度最精彩的天象——月全食將如約而至！屆時(shí)我國(guó)大部地區(qū)可于傍晚得見(jiàn)帶食月出，而東部地區(qū)包括威海及山東省大部均可觀測(cè)欣賞到本次月食全過(guò)程！

上圖：11月8日月全食全球見(jiàn)食區(qū)域圖（圖源：有趣天文）

關(guān)于本次月全食的詳細(xì)信息與觀測(cè)拍攝方法等我們將在后面幾天連載介紹。今天，先來(lái)聊聊月食背后的科學(xué)知識(shí)——關(guān)于月食，你不可不知的那些事。

1、 月食發(fā)生的原因：

現(xiàn)代人類已然了解，月食并非什么“天狗蝕月”的可怖事件，而是由于地球?qū)⒅鄙渲猎虑虻娜展獠糠只蛉空趽醵l(fā)生的自然天象。其實(shí)早在漢代，我國(guó)科學(xué)家張衡就記載了“當(dāng)日之沖，光常不合者，蔽于地也，是謂暗虛，在星則星微，遇月則月食”，發(fā)現(xiàn)了月食是源自地影遮掩月面的部分原理。古希臘哲學(xué)家、科學(xué)家亞里士多德曾根據(jù)月食時(shí)所見(jiàn)的地影形狀推斷出大地為球形，而阿里斯塔克則通過(guò)月食估測(cè)了日、地、月的相對(duì)大小從而認(rèn)為地球應(yīng)繞太陽(yáng)旋轉(zhuǎn)，他也被譽(yù)為“古代哥白尼”。

每當(dāng)月球圍繞地球旋轉(zhuǎn)一周多一點(diǎn)（約29.53天，即一個(gè)月相變化周期），其就會(huì)通過(guò)日-地連線正后方的位置（此時(shí)月相為望，即滿月），有可能落入地球的陰影里，無(wú)法被日光直接照亮，從而發(fā)生月食。

地球遮住太陽(yáng)時(shí)，其在月球上投下的陰影分兩種：（1）影錐較小顏色較暗的本影（umbra），本影中的日光完全被地球所遮擋；（2）影錐較大顏色較淺的半影（penumbra），半影中僅有部分日面被地球遮住。

上圖：月食原理示意圖（圖源：Wiki）

2、 月食的觀測(cè)分類：

月食大致可分為三類：

（1）月全食（total lunar eclipse）：此時(shí)日地月恰處于幾乎一條直線上，月球可完全進(jìn)入地球的本影中。月全食是三種月食中最精彩也是最值得關(guān)注的。

（2）月偏食（partiallunar eclipse）：月球僅能部分的進(jìn)入地球的本影之中，也就是其僅能有一部分變暗。

（3）半影月食（penumbralunar eclipse）：月球僅能掠過(guò)地球的半影，此時(shí)僅有少量日光被地球遮擋，因此月球形狀不會(huì)改變，而是只會(huì)看起來(lái)比滿月時(shí)略暗一點(diǎn)點(diǎn)，因此難以察覺(jué)。該類月食一般不被歸為真正的月食，也并不推薦觀測(cè)欣賞。

上圖：月食原理示意圖（圖源：timeanddate）

3、 為什么不是每個(gè)月都有月食？

每個(gè)月（中國(guó)農(nóng)歷的朔望月，長(zhǎng)度29.5天左右）的望（即滿月）時(shí)，月球都會(huì)運(yùn)行的日-地的反方向，那為何不是每個(gè)月都有月食發(fā)生呢？

這其實(shí)是因?yàn)橄鄬?duì)于地球繞太陽(yáng)公轉(zhuǎn)的黃道面，月球繞地球公轉(zhuǎn)的軌道面（稱為白道）具有一定的傾角，稱之為黃白交角，約為5度。因此只有當(dāng)望時(shí)的月球能正好運(yùn)行到黃白交點(diǎn)附近時(shí)（也就是日-地-月接近一條直線），才能夠發(fā)生月食。

上圖：月食發(fā)生時(shí)間示意圖（圖源：NASA/JPL）

平均每年大約發(fā)生兩次月食，但與看似“難得一見(jiàn)”的日食不同，如果發(fā)生月食，則處于地球整個(gè)夜晚半球的人（即月球處于地平線之上），只要當(dāng)?shù)靥鞖馍锌?，均可看到?/p>

4、月食過(guò)程：

月（全）食的全過(guò)程包含五個(gè)主要階段（時(shí)刻）：

（1）初虧：此時(shí)月球由東緣開(kāi)始進(jìn)入地球的本影，標(biāo)志著月食過(guò)程的開(kāi)始（半影月食階段未計(jì)入）；

（2）食既：月球完全進(jìn)入地球本影，其東邊緣與本影錐內(nèi)切，標(biāo)志著月全食階段的開(kāi)始。月偏食無(wú)此階段。

（3）食甚：月球中心與地影中心最接近。此時(shí)月球被地球本影遮擋部分的直徑與月球自身直徑的比值稱為月食的（本影）食分（eclipse magnitude）。月偏食的食分<1，月全食的食分則>=1，而半影月食的食分則為負(fù)值。

（4）生光：此時(shí)月面的西邊緣與本影錐內(nèi)切，月球即將開(kāi)始移出本影，標(biāo)志著全食階段的結(jié)束。月偏食無(wú)此階段。

（5）復(fù)圓：此時(shí)月球完全移出地球的本影，西邊緣與本影錐外切，標(biāo)志著月食過(guò)程完全結(jié)束。

上圖：月食分類與主要階段示意圖（圖源：臺(tái)北市天文館）

月全食的全食階段持續(xù)時(shí)間比日全食長(zhǎng)得多，最長(zhǎng)可達(dá)約1小時(shí)47分鐘，一般來(lái)說(shuō)食分越大的月全食（即月球從地球本影的正中穿過(guò)）其時(shí)間越長(zhǎng)。

5、月全食、紅月亮！

在月全食的全食階段，月球并未完全變黑消失不見(jiàn)，而是呈現(xiàn)迷人的“紅月亮”景象。全食階段的月球亮度要比滿月暗得多，其顏色為深淺不一的紅銅色或暗紅色。

美麗的“紅月亮”的成因是：雖然地球從中遮擋，陽(yáng)光無(wú)法直接照射到月球所在區(qū)域，但少部分光線可通過(guò)地球大氣層折射等條件作用，間接到達(dá)月亮表面使之反射太陽(yáng)光。而由于地球大氣中氣體分子與微塵的瑞利散射效應(yīng)，使得日光中的短波藍(lán)光散射損失較多，而長(zhǎng)波紅光則更多的透過(guò)，因此全食時(shí)的月球反照光呈現(xiàn)紅色。

上圖：月全食時(shí)“紅月亮”原理示意圖（圖源：timeanddate）

以下關(guān)于月食的科普視頻來(lái)自美國(guó)國(guó)家地理頻道，中文字幕由山東天文翻譯小組/山東天文學(xué)會(huì)編譯制作。

-- 本期思考問(wèn)題：能否發(fā)生類似日環(huán)食的“月環(huán)食”？（即地影完全進(jìn)入月面之中，月面邊緣一周顯露）為什么？在遙遠(yuǎn)的未來(lái)“月環(huán)食”有可能出現(xiàn)么？

在下一期你將了解如何對(duì)紅月亮的紅色深淺程度進(jìn)行分級(jí)，怎樣通過(guò)月全食的觀測(cè)精確測(cè)定地影的大小，以及觀測(cè)與拍攝月食天象的方法技巧。