【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！屆時我國大部地區(qū)可于傍晚得見帶食月出，而東部地區(qū)包括威海及山東省大部均可觀測欣賞到本次月食全過程！

上圖：11月8日月全食全球見食區(qū)域圖（圖源：有趣天文）

關(guān)于本次月全食的詳細信息與觀測拍攝方法等我們將在后面幾天連載介紹。今天，先來聊聊月食背后的科學(xué)知識——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。其實早在漢代，我國科學(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)月食時所見的地影形狀推斷出大地為球形，而阿里斯塔克則通過月食估測了日、地、月的相對大小從而認為地球應(yīng)繞太陽旋轉(zhuǎn)，他也被譽為“古代哥白尼”。

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

地球遮住太陽時，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、 月食的觀測分類：

月食大致可分為三類：

（1）月全食（total lunar eclipse）：此時日地月恰處于幾乎一條直線上，月球可完全進入地球的本影中。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）：月球僅能掠過地球的半影，此時僅有少量日光被地球遮擋，因此月球形狀不會改變，而是只會看起來比滿月時略暗一點點，因此難以察覺。該類月食一般不被歸為真正的月食，也并不推薦觀測欣賞。

上圖：月食原理示意圖（圖源：timeanddate）

3、 為什么不是每個月都有月食？

每個月（中國農(nóng)歷的朔望月，長度29.5天左右）的望（即滿月）時，月球都會運行的日-地的反方向，那為何不是每個月都有月食發(fā)生呢？

這其實是因為相對于地球繞太陽公轉(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)望時的月球能正好運行到黃白交點附近時（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”的日食不同，如果發(fā)生月食，則處于地球整個夜晚半球的人（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、月食過程：

月（全）食的全過程包含五個主要階段（時刻）：

（1）初虧：此時月球由東緣開始進入地球的本影，標志著月食過程的開始（半影月食階段未計入）；

（2）食既：月球完全進入地球本影，其東邊緣與本影錐內(nèi)切，標志著月全食階段的開始。月偏食無此階段。

（3）食甚：月球中心與地影中心最接近。此時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值。

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

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

上圖：月食分類與主要階段示意圖（圖源：臺北市天文館）

月全食的全食階段持續(xù)時間比日全食長得多，最長可達約1小時47分鐘，一般來說食分越大的月全食（即月球從地球本影的正中穿過）其時間越長。

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，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，陽光無法直接照射到月球所在區(qū)域，但少部分光線可通過地球大氣層折射等條件作用，間接到達月亮表面使之反射太陽光。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光散射損失較多，而長波紅光則更多的透過，因此全食時的月球反照光呈現(xiàn)紅色。

上圖：月全食時“紅月亮”原理示意圖（圖源：timeanddate）

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

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

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