一次日全食的過(guò)程可以包括以下五個(gè)時(shí)期:初虧、食既、食甚、生光、復(fù)圓。
初虧由于月亮自西向東繞地球運(yùn)轉(zhuǎn),所以日食總是在太陽(yáng)圓面的西邊緣開(kāi)始的。當(dāng)月亮的東邊緣剛接觸到太陽(yáng)圓面的瞬間(即月面的東邊緣與月面的西邊緣相外切的時(shí)刻),稱為初虧。初虧也就是日食過(guò)程開(kāi)始的時(shí)刻。
食既從初虧開(kāi)始,就是偏食階段了。月亮繼續(xù)往東運(yùn)行,太陽(yáng)圓面被月亮遮掩的部分逐漸增大,陽(yáng)光的強(qiáng)度與熱度顯著下降。當(dāng)月面的東邊緣與日面的東邊緣相內(nèi)切時(shí),稱為食既。此時(shí)整個(gè)太陽(yáng)圓面被遮住,因此,食既也就是日全食開(kāi)始的時(shí)刻。
在太陽(yáng)將要被月亮完全擋住時(shí),在日面的東邊緣會(huì)突然出現(xiàn)一弧像鉆石似的光芒,好像鉆石戒指上引人注目的閃耀光芒,這就是鉆石環(huán),同時(shí)在瞬間形成為一串發(fā)光的亮點(diǎn),像一串光輝奪目的珍珠高高地懸掛在漆黑的天空中,這種現(xiàn)象叫做珍珠食,英國(guó)天文學(xué)家倍利最早描述了這種現(xiàn)象,因此又稱為倍利珠。這是由于月球表面有許多崎嶇不平的山峰,當(dāng)陽(yáng)光照射到月球邊緣時(shí),就形成了倍利珠現(xiàn)象。倍利珠出現(xiàn)的時(shí)間很短,通常只有一二秒鐘,緊接著太陽(yáng)光就全部被遮蓋住而發(fā)生日全食了。
日全食時(shí),大地變得昏暗,獸驚歸巢穴。這時(shí)天空中就會(huì)出現(xiàn)一番奇妙的景色:明亮的星星出來(lái)了,在原來(lái)太陽(yáng)所在的位置上,只見(jiàn)暗黑的月輪,在它的周圍呈現(xiàn)出一圈美麗的、淡紅色的光輝,這就是太陽(yáng)的色球?qū);在色球(qū)拥耐饷孢彌漫著一片銀白色或淡藍(lán)色的光芒,這就是太陽(yáng)外層的大氣—日冕;在淡紅色色球的某些地區(qū),還可以看到一些向上噴發(fā)的像火焰似的云霧,這就是日珥。日珥是色球?qū)由喜繗怏w猛烈運(yùn)動(dòng)所形成的氣體“噴泉”。色球?qū)、日餌、日冕都是太陽(yáng)外層大氣的組成部分,平時(shí)在一定的條件下也可以觀測(cè)到,但在日全食時(shí),這些現(xiàn)象可以看得特別清楚。
生光食既以后,月輪繼續(xù)東移,當(dāng)月輪中心和日面中心相距最近時(shí),就達(dá)到食甚。對(duì)日偏食來(lái)說(shuō),食甚是太陽(yáng)被月亮遮去最多的時(shí)刻。月亮繼續(xù)往東移動(dòng),當(dāng)月面的西邊緣和日面的西邊緣相內(nèi)切的瞬間,稱為生光,它是日全食結(jié)束的時(shí)刻。在生光將發(fā)生之前,鉆石環(huán)、倍利珠的現(xiàn)象又會(huì)出現(xiàn)在太陽(yáng)的西邊緣,但也是很快就會(huì)消失。接著在太陽(yáng)西邊緣又射出一線刺眼的光芒,原來(lái)在日全食時(shí)可以看到的色球?qū)、日珥、日冕等現(xiàn)象迅即隱沒(méi)在陽(yáng)光之中,星星也消失了,陽(yáng)光重新普照大地。
復(fù)圓生光之后,月面繼續(xù)移離日面,太陽(yáng)被遮蔽的部分逐漸減少,當(dāng)月面的西邊緣與日面的東邊緣相切的剎那,稱為復(fù)圓。這時(shí)太陽(yáng)又呈現(xiàn)出圓盤(pán)形狀,整個(gè)日全食過(guò)程就宣告結(jié)束了。
日偏食的過(guò)程和日全食過(guò)程大致相同,由于它只發(fā)生偏食,因此就只有初虧、食甚和復(fù)圓,而沒(méi)有食既和生光這兩個(gè)階段。日環(huán)食則同樣有初虧、食既、食甚、生光和復(fù)圓等階段。
天文臺(tái)對(duì)日全食或日環(huán)食進(jìn)行預(yù)報(bào)時(shí),往往要把這五個(gè)階段的時(shí)間報(bào)告出來(lái)。人們根據(jù)這些報(bào)告就可以了解整個(gè)日食的過(guò)程,并進(jìn)行觀測(cè)。至于日偏食,天文臺(tái)在預(yù)報(bào)時(shí),當(dāng)然就只給出初虧、食甚和復(fù)圓這三個(gè)時(shí)刻。
我們?cè)谌帐车念A(yù)報(bào)中,常常還可以看到“食分”這樣一個(gè)詞,它是用來(lái)表示日食的程度。對(duì)于日食而言,食分并不表示太陽(yáng)圓面被遮俺的面積,而是表示日面直徑的被遮部分與太陽(yáng)直徑的比值。以太陽(yáng)的直徑作為1,如果食分為0.5,這就表示太陽(yáng)的直徑被遮去了一半;如果食分為1,那就是太陽(yáng)的整個(gè)圓面被遮住,那就是日全食。很顯然,食分越大,日面被遮掩的程度就越大。日偏食的食分是小于1.0的,日全食的食分是1.0。
食帶月影掃過(guò)的地方。日食的時(shí)間長(zhǎng)短,同月球影錐在地面上移動(dòng)的速度以及地球的自轉(zhuǎn)方向有關(guān)。以日全食來(lái)說(shuō),由于月球的視直徑僅略大于太陽(yáng),同時(shí)月影在地面移動(dòng)速度很快,因此日全食的時(shí)間是很短暫的。在全食帶的某個(gè)地點(diǎn)所看到的日全食時(shí)間通常只有兩三分鐘,最多不超過(guò)7分鐘。如果全食帶經(jīng)過(guò)赤道附近地區(qū),日全食時(shí)間就可延續(xù)到7分40秒,這時(shí)是觀測(cè)日全食的最好機(jī)會(huì)。
在發(fā)生日環(huán)食時(shí),月亮總是位于遠(yuǎn)地點(diǎn)附近,這時(shí)月亮運(yùn)行的速度較慢,因此日環(huán)食的時(shí)間比較長(zhǎng),如果日環(huán)食發(fā)生在赤道附近,那么在赤道附近觀測(cè)日環(huán)食的時(shí)間可長(zhǎng)達(dá)12分42秒。
就全球范圍來(lái)說(shuō),如果把月亮半影開(kāi)始遮掩日面的時(shí)間計(jì)算在內(nèi),日食時(shí)間的長(zhǎng)度由初虧至復(fù)圓的整個(gè)過(guò)程可長(zhǎng)達(dá)三個(gè)半小時(shí)。
日偏食的時(shí)候,由于月影范圍大于其本影,食相經(jīng)過(guò)的時(shí)間長(zhǎng)短要視食分的大小而定,食分愈大,時(shí)間也就愈長(zhǎng)。
由于月亮的影錐又細(xì)又長(zhǎng),所以當(dāng)它落到地球表面時(shí),所占的面積很小,至多不會(huì)超過(guò)地球總面積的萬(wàn)分之一,它的直徑最大也只有二百六十多千米。當(dāng)月球繞地球轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),影錐就在地面上自西向東掃過(guò)一段比較長(zhǎng)的地帶,在月影掃過(guò)的地帶,就都可以看見(jiàn)日食。所以這條帶就叫做“日食帶”。帶內(nèi)發(fā)生日全食的,就叫全食帶;帶內(nèi)發(fā)生日環(huán)食的,就叫環(huán)食帶?梢钥吹狡车姆秶軓V闊,已經(jīng)不像一條帶子,而是很大的一片地區(qū)。
全食帶是一條寬度不過(guò)二三百千米,長(zhǎng)約數(shù)千到10000千米的狹窄路徑(有時(shí)全食帶的寬度甚至只有幾千米),只有在全食帶掃過(guò)的地區(qū)才能看見(jiàn)日全食或日環(huán)食的發(fā)生。全食帶的兩旁是較廣闊的半影掃過(guò)的地區(qū),在這些地區(qū)內(nèi)可見(jiàn)偏食。離全食帶愈近的偏食區(qū),所見(jiàn)偏食程度愈大;離帶愈遠(yuǎn),可見(jiàn)偏食程度愈小;半影區(qū)以外的地方是看不見(jiàn)日食的。
由于月球是由西向東運(yùn)行,所以它的影子也是沿同一方向運(yùn)行,因此各地看到日食的時(shí)間是不同的。當(dāng)?shù)孛嫔系奈鞑康貐^(qū)已經(jīng)處在黑影區(qū)域內(nèi),這一地區(qū)的人已經(jīng)看到日食時(shí),東部地區(qū)的人卻不能同時(shí)看到日食,得在月影向東移來(lái)后才能看到日食。所以,西部地區(qū)的人總是比東部地區(qū)的人先看到日食。
日食每年都有發(fā)生,但由于全食帶是一條狹窄的影帶,據(jù)估計(jì),平均每200~300年,某一地區(qū)或城市才有機(jī)會(huì)被全食帶掃過(guò),所以,對(duì)住在一個(gè)城市的人來(lái)說(shuō),一生可能未看到過(guò)一次日全食。
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