日食七問：為什么日全食10億年后會消失

　　日全食成因示意圖

　　為什么日全食10億年后會消失

　　地月系統在太陽系中非常獨特，因為目前從地球表面看，只有這個體系中的月球的角大小跟太陽的角大小相匹配。這意味著在這個軌道上，月球有時確實能遮蓋住太陽，讓觀測者在大中午突然陷入可怕的黑暗中。但是月球的軌道并不穩定。由于存在潮汐摩擦力，月球的軌道慢慢變得越來越大，因此從地球上看，月球的角大小變得越來越小。當我們到達一個點，在這里月球只能遮蓋太陽圓盤的98%，這時在日全食時還有足夠的太陽可以看到，這樣你就不會在全食時經歷可怕的黑夜了。

　　太陽直徑是87萬英里(140萬公里)。目前太陽的角直徑從32.7弧分到31.6弧分不等。另一方面，月球的直徑是2160英里(3476公里)，與地球之間的距離變化是，在近地點是22.1218萬英里(35.6萬公里)，在遠地點是25.2288萬英里(40.6萬公里)。這意味著它的角大小范圍是從33.5弧度秒到29.43弧度秒。因此月球和太陽的角大小相等形成全食的機會很多。然而月球的軌道每年增加大約0.4英寸(1厘米)，所以當月球漂到距離地球大約1.2552萬英里(2.02萬公里)的地方以外時，它距離最近的點都將非常遙遠，因此它的盤看起來明顯會比太陽的更小。月球的軌道以每年幾乎接近1英寸(2厘米)的速度增加，大約還要10億年日全食現象才會消失。然而在這段時間內，太陽自己的體積會稍微增加一些，這一結果將導致“ 沒有日全食的”現象會在10億年之前發生。

　　為什么日食不在新月時發生

　　只有當一顆行星的衛星與黃道面(位于經過太陽中心和地心的一條直線上)呈0.5度角時，日食才會發生。月球圍繞一個與黃道面呈5度角的軌道運行，因此每個月月球只有兩次機會經過黃道的平面，它通過的這兩點被稱作升交點和降交點。這兩點與地月系統的重心(圍繞兩個天體軌道的點，這里大致是地球的中心)相連產生的線被定義為“交點線”。如果這條交點線與從太陽和地球中心延伸出來的一條線能合并在一起，太陽和月球的食將會發生。

　　月球必須與升交點或降交點呈0.5度角，太陽圓盤才能部分或全部不被覆蓋形成日食。關于為什么月食不在每個滿月(位于從地球到太陽的相反點)的時候發生的問題，也存在一個具有爭議性的類似解釋。

　　日食和月食哪個發生次數更多

　　根據弗雷德·惠普爾的書《地球、月球和行星》上說，日食比較常見，它每年發生2到5次，但是地球上能看到全食的范圍僅有幾英里寬。在地球上的任何一個指定地點，日全食的發生率僅為每360年一次。由地球的陰影產生的月食比日食更少見，然而每次月食大約能覆蓋地球表面的大半部分。在任何指定地點，你每年能看到3次月食，但是有些年份連一次月食也看不到。在任何一個歷年，食出現的最多次數是日食4次，月食3次。

　　日食會影響人類嗎

　　目前沒有證據能證明日食會對人的身體產生影響，然而這種自然現象已經給人們的心理造成嚴重影響。多個世紀以來，日食一直被每一個已知的文明社會解釋成是末日征兆。這些過激的反應導致人類對日食感到既敬畏，又迷惑。雖然日食沒對人體造成直接影響，但是它造成的心理影響給人體間接帶來不好的結果。

　　什么是影帶

　　觀測者在日全食發生的前幾秒看到的大部分短暫現象中，就包括影帶。它們看起來像很多模糊的緞帶，只要將一張幾英尺見方的白紙放在地上，就能看到它們。它們看起來就像池底陽光留下的漣漪。而且每個日食的影帶可見度都各不相同。19世紀的觀測者將它們解釋成是一些類型的衍射現象產生的干擾帶。然而，太陽很難是一個“點源”，而且影帶的模式比你能期望衍射現象產生的模式更隨意。

　　不過有關這一現象的一種最簡單的解釋是，它們在大氣的騷動干擾過程中產生。在光線穿過大氣中的漩渦時，出現了折射現象。非常遙遠的地方的光源看起來就像一些“閃光”，但是在大型天體附近，射來的光能分裂成干擾束，到達地面再進行重新組合，形成斑駁的光斑和暗色帶狀物，或者是帶狀物的一部分。在全食附近，太陽的影像只是一個僅有幾弧度秒寬的細細的新月形，它的大小大約就跟在地面上看到的大氣漩渦的大小一樣。之所以會產生帶狀物，是因為太陽的影像的一邊比另一邊長。影帶的移動速度并不像我們期望的那樣，并不是跟日食同步，它的速度是由大氣漩渦的運動速度決定。

　　電腦如何預測日食

　　要預測日食，天文學家首先要計算出地球和月球的軌道力學，看看它們在3個天體之間的重力場影響下，是如何圍繞太陽運轉的。他們通過牛頓的運動定律，將這些天體擁有有限的體積和不完美的球體，以及地球和月球不是同一類天體等情況考慮在內后，計算出三者在三維空間中的運動狀態。他們通過仔細觀察，然后將這些復雜的公式與地球和月球的目前狀況及速度結合，再用電腦向前或向后“推算”，及時繪制出從地球上的有利地點看到的月球和太陽的相對位置運行軌跡。日食是這些天體的特殊結構，通過電腦可以確定。目前日食預測的精確度是，在數百年的時間間隔內，誤差小于1分鐘。

　　什么是沙羅周期

　　沙羅周期是日食和月食的周期，是指月球在它的軌道盤上運行一周(以便月球交點沿著軌道公轉一周)所需的時間——18年零10天。這個 “Nordical”周期幾乎跟沙羅周期期間的一個太陰月(223 x 29.53 天= 6,585.19 天)的整數相等。因為沙羅周期的真正長度是6585.32天，因此你必須等三個沙羅周期，才能在地球上的相同地點看到日食再次發生。世界各地在沙羅周期中的連續食，有三分之一的是通過這種方式發生的，在3個沙羅周期后，即54年零33天后，日食幾乎又在相同的地理位置出現。12個不同的主要沙羅日食 (Grand Saros eclipse)現在正在發生，其中一個的食分別發生在1937年、1955年、1973年、1991年和2009年，每一次食的持續時間都在7.5分鐘內。