2009/10/10

地影下的故事:月食

在7月的日全食熱潮之後,今年的最後一天,月偏食又將登場。。月食和日食都是太陽光被遮住所產生的現象,何時會發生月食、會發生哪一種食相,都是由月球、地球、太陽的空間位置與位移所決定
撰文╱陳仕哲、楊嘉慧、李名揚

在中國古代,人們認為月食是「天狗」吞食月亮,必須敲鑼打鼓才能趕走天狗,使月亮復圓。不過經過天文學家長期的觀測與理論的演進,人類終於知道月食不過是地球陰影覆蓋月球所造成的自然現象,當太陽–地球–月球連成一直線(即望月)時,太陽光會被地球擋住,照射不到月球,因此無法反射回地球,就會發生月食。

地球遮住太陽光所造成的陰影包含「本影」和「半影」,本影區是太陽光完全照射不到的地方,半影區則是只有部份陽光被地球遮蔽。當月球進入地球半影區,會因陽光減弱而使月光變暗,稱為「半影月食」,由於月光本就不強,半影月食的月光減弱並不明顯,一般人往往不會注意到。但當月球進入地球本影,就會明顯變暗,若只有一部份月球進入地球本影,就是月偏食,若月球全部進入地球本影,月光完全消失,就是月全食。

什麼情況會發生月食?

雖然月食一定發生在滿月的夜晚,不過,並非每次滿月都會發生月食,這是因為黃道面(地球繞太陽公轉的軌道面)與白道面(月球繞地球公轉的軌道面)平均有約5度9分的夾角,導致滿月時,月球經常處於太陽–地球連線的上方或下方,三者未連成一直線,自然不會發生月食。

那麼有沒有可能連續兩個月都發生月食呢?答案是有可能的。當某次月球經過地影的最下端時,此時月球的軌道正好是斜向上走,則下個月滿月時,月球有可能才走到地影的最上端,還沒有脫離地影,這樣就會連著兩個月發生月食了。今年的7月7日及8月6日即曾連續兩個月發生半影月食,下一次則將發生在2013年4月25日及5月25日。

若不考慮這種連續兩個月發生月食的情況,假如白道面和黃道面一直維持固定的傾斜方向,大約每半年會發生一次月食;但事實上,傾斜的白道面會沿著黃道面上的順時針方向,緩慢但持續地偏轉,平均約每8.86年轉一週,導致月食的間隔會比半年略短一點,因此每年發生月食的時間,會比前一年月食時間提早約10~20天。

但是究竟提早多少天,還會受到其他因素的影響,例如白道面與黃道面的傾斜角度並非固定為5度9分,而是在4度57分到5度19分之間變動;另外地球繞太陽公轉的黃道面也會微幅變化,地球繞日及月球繞地的公轉軌道皆是橢圓形而非正圓形,這些因素都會影響日、月、地三者的空間相對位置。

月食與日食有何不同?

今年7月剛發生世紀日全食,吸引全世界的天文迷蜂擁至中國長江流域。日食是太陽–月球–地球連成一直線(即朔月)時,月球遮住太陽所造成的陰影,只有位於月影下「日食帶」的人們才看得到日食。這次日食的全食帶落在長江流域,台灣及一些周邊地區僅可看到日偏食,不在日食帶的地區就什麼也看不到了。

但月食卻不會這樣,月食發生時,只要處於地球夜晚那一面的人們,都能夠看到月食,而且看到的食相都完全相同。日食和月食之所以會有這樣的差異,是因為太陽為發光體、月球為反光體,而且月球體積小於地球所致。當月球遮住太陽光時,只能在地球表面的一小塊區域產生陰影,因此只有一部份地區看得到日食。但當地球遮住太陽光時,較大的地影卻足以遮住整個月球,使得月球從進入地影開始月食到離開地影而復圓,都能同時被地球上夜晚那一面的人們看到。

這也是我們感覺月食比較常發生的原因。月食和日食其實會接連發生,因為若滿月時日–地–月接近一直線,則在此滿月之前或之後的朔月,日–月–地也會很接近一直線而發生日食;但每次發生月食時,地球上有一半以上的區域可以觀測得到(半個夜晚地球加上地球自轉,若月食經歷3.5小時,就有15.5個時區的人可以看見),而可看見日食的只有日食帶的觀測者。

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原始來源:科學人網頁

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