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2012年5月5日

日食-太陽,誰能吃掉你?

作者: Iris

日食的形成

要知道日食怎樣形成,首先來了解太陽、地球和月球之間的關係吧!

 
地球和月球的運行軌道是橢圓形的,因此,太陽、地球和月球三個天體的相互距離隨時都在變化著,而月球的本影(Umbra)範圍也跟月球和太陽間距離遠近而改變。離太陽愈遠,本影錐就愈長,相反離太陽愈近,本影錐就愈短。月球的影子分為中央完全沒有陽光到達的本影 (Umbra)、本影周圍有部分陽光到達的半影 (Penumbra)和偽本影 (Antumbra),本影和偽本影都是呈錐狀和較暗黑的。
日食是當月球運行至太陽與地球之間時,三個天體接近排成一線時,從地球某些地區的角度仰望,月球遮擋了射到地球的太陽光線,月球身後的黑影正好落到地球上,因此太陽的部分或整個光球面看起來消失了。

影響到觀測哪種日食的主因:
1. 月球與地球的距離
2. 觀測者身處的地方相對月球陰影的位置

日食的種類

- 日全食 (Total solar eclipse)
觀測者身處於本影區內,當月球的本影錐比月地還長,本影錐掃到地面時,區內人們可看到整個太陽被遮蓋了。
此時大地變得昏暗,明亮的星星出來了!!在太陽原本的位置,只見暗黑的月輪,在它的周圍呈現出一圈美麗淡紅色的光芒,這就是太陽的色球層(Chromosphere);在色球層的外面還彌漫著一片銀白色或淡藍色的光芒,這就是太陽外層的大氣—日冕(Corona);在色球層上某些地區由於氣體猛烈運動而形成一些像火焰似的雲霧向上噴發,這就是日珥(Solar prominence)。色球層、日餌、日冕都屬太陽外層大氣,在日全食時這些現象更顯然而見。

以上分別是色球層 ,日冕及日珥

- 日偏食 (Partial solar eclipse)
觀測者身處於半影區內,會看到太陽被遮蓋了某些部分。日偏食的程度是視乎太陽被遮蓋的大小,遮蓋愈多,偏食愈強。
- 日環食 (Annular solar eclipse)
當月球距離地球較遠時,月球本影錐比月地還短,它的本影不能抵達地球。它延長出的偽本影(本影錐下的地區)錐會掃到地面,即月亮不能完全把太陽遮蓋,因此身處偽本影投射區的人可以看到太陽中央部份被遮蓋了,太陽變成一個環狀。
- 全環食 (Annular total solar eclipse)
全環食是日食種類中較罕見的,在月地距離和月本影的長度很接近時,偽本影掃到的地區會產生日環食。隨著月影的移動,月球本影到達另一地區,這裡就會發生日全食,而當月球本影離開地面,月球偽本影再次掃過另一地區,日環食再次出現。全環食的順序是環食->全食->環食。

日食的過程

一次日全食的過程可以包括以下五個時期:初虧、食既、食甚、生光、復圓。

1. 初虧
由於月亮自西向東繞地球運轉,所以日食總是在太陽圓面的西邊緣開始的。月亮的東邊緣剛接觸到太陽圓面的時刻,稱為初虧。這是日偏食的開始。

2. 食既
從初虧開始,就是偏食階段了。月亮往東運行時,太陽圓面被月亮遮掩的面積逐漸增大。當月面的東邊緣與日面的東邊緣相內切時,稱為食既。
 
當月亮快完全遮擋太陽時,在日面的東邊緣會出現一弧鑽石似的光芒,這就是鑽石環(Diamond ring effect)。同時在瞬間形成為一串光點,像一串閃耀奪目的珍珠高高地懸挂在漆黑的天空中,這種現象叫做珍珠食或倍利珠。原因是月球表面有許多崎嶇不平的山峰,當陽光照射到月球邊緣時,就形成了倍利珠現象。這現象通常只維持1-2秒,然後太陽就完全被遮蓋,進入日全食的時刻。

1. 食甚
食甚是當月球圓面中心和太陽圓面中心相距最近時。對日偏食來說,食甚是太陽被月亮遮去最多的時刻。

2. 生光
當月球圓面和太陽圓面第二次內切時,稱為生光。這是日全食結束的時刻。在生光將發生之前,鑽石環、倍利珠的現象會再次出現在太陽的西邊緣。而在日全食時看到的星星、色球層、日珥、日冕等迅即隱沒在陽光之中,陽光重新普照大地。

3. 復圓
生光之後,太陽被遮蔽的部分逐漸減少,當月面的西邊緣與日面的東邊緣相切的剎那,稱為復圓。這時太陽又呈現出圓盤形狀,日偏食的過程也結束了。


**日偏食只有初虧、食甚和復圓這三個階段 (1+3+5)。
**日環食缺少食既和生光的階段,但有環食始和環食終。

中國古代看日食

中國古時稱日食現象為「天狗食日」。日食這種異象常被誤認為不祥之兆。就古人理解,日食之所以發生,乃上天意志干預人間、警示君王,而“日不食、星不悖”才是“太平盛世”。每當日食現象發生,古人就會敲門擊鼓、朝天空射箭、拿物或人祭祀以祈求太陽儘快復圓。
此外,日食在古中國也有更科學的實際作用。由於推測日食出現日期需要計算太陽,地球和月亮的運行的關係與周期,因此古人也會用日食去證實曆法的準確性,令曆法更精確。

觀看日食時的溫馨小提示  

儘管日食時的陽光比平時弱,但如果以肉眼直視太陽或帶普通的墨鏡觀看,還是會傷害觀測者的視網膜,甚至造成永久性的視力下降。因為太陽光中強烈的紫藍光(Violet-blue visible light)會對視網膜造成嚴重傷害,嚴重會導致失明。

正確的觀測方法:

肉眼觀看: 採用太陽屏濾光片(solar screen)。這是一塊經過特別鍍鋁的塑膠薄膜,不但可以減弱陽光裡的可見光(反射回99.999%,只透過0.001%),還能夠阻擋紅外線等穿過,因此無論將它用於肉眼觀測或望遠鏡觀測上,都是非常安全的。但也切記每次觀看太陽的時間最好不要超過1 分鐘。
   

減光法:
方法是在望遠鏡或雙筒鏡前蓋上一塊濾光片,以減弱陽光光度。這個方法的好處就是陽光在進入望遠鏡前已被濾去絕大部份,能夠進入的光量就不足以對我們眼睛造成傷害。另外的一個好處就是可以盡用鏡頭的口徑,充份發揮鏡頭的分解能力。 通常使用的濾光鏡有兩種。第一種是太陽濾光鏡 (SOLAR FlLTER ),它的濾光鏡可隔住部分陽光,口徑大小尺碼均備,不過較昂貴。另一種就是上面提及的太陽屏。這兩種濾光片除了可用來目視觀測外,亦可用作拍攝太陽。

投影法:
這個簡單可讓一小組人同時觀看。方法就是利用望遠鏡或雙筒鏡將太陽影像投在目鏡後的屏幕上。屏幕和目鏡的距離愈遠,影像也愈大和較暗,反之,影像則較小和較光亮。


針孔投影法:
在家裡沒有以上設備也沒關係,你也可以製作一個針孔投影盒,做法十分簡單!
只要將鞋盒之類的盒子塗黑,或用黑卡紙製成闊25CM,高25CM和長28CM的盒子,在盒子頂部剪開2CM X 2CM的正方形孔,再在孔上蓋上錫紙並用針刺穿一個小洞。最後在底部貼上白紙作投影太陽倒影,並在旁邊剪出一個觀看口用來觀看白紙上的太陽投影。這個投影盒便完成了!當日食發生時,只要把盒對準太陽並調較角度,太陽的投影便會在白紙上投影出來了。透個這個方法,整個日食過程可以既安全又簡單地觀看到。


:::::下次日食:::::
下一次香港看到日全食的日期將會是2881年3月21日,我們無辦法等到那一天,在香港觀看如此壯觀的日全食!
不過,我們仍有機會在2012年5月21日早上5時41分-7時16分香港看到難得的日環食,不要錯過喔!


 資料來源:
美國太空總署,香港天文台,香港太空館,天文論壇,新華網,坐井會

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