月全食是怎么形成的

【专家解说】：月全食月全食是月食的一种，当月亮、地球、太阳完全在一条直线上的时候，整个月亮全部走进地球的影子里，月亮表面大都昏暗了，就是月全食。10年来中国观测条件最好的月全食在2011年12月10日上演。届时，只要天气晴朗，中国几乎所有地区都能欣赏到一轮“红月亮”高挂夜空的迷人景象。 相关天体2010年月全食2011年月全食 06月16日 12月10日 月全食是月食的月全食原理图 一种，当整个月球完全进入地球的本影之时，就会出现月全食。月食的时候，对地球来说，太阳和月球的方向相差180°，由于太阳和月球在天空的轨道(分别称为黄道和白道)并不在同一个平面上，而是约有5°的交角，因此只有太阳和月球分别位于黄道和白道的两个交点附近，才有机会形成一条直线，产生月食。[1] 月食可分为月偏食、月全食及半影月食三种。当月球只有部分进入地球的本影时，就会出现月偏食;而当整个月球进入地球的本影之时，就会出现月全食。至于半影月食，是指月球只掠过地球的半影区，造成月面亮度极轻微的减弱，很难用肉眼看出差别，因此不为人们所注意。 全食全过程周馨(6张)月全食 当整个月球进入地球的本影内时，在其前后均会发生月偏食与半影月食。 月偏食 当月球只有部份进入地球的本影时，在其前后均会发生半影月食。 半影月食 此时月球只是掠过地球的半影区，造成月面的光度极轻微减弱，所以较不易为人注意。 注意:没有月环食。由于地球的本影比月球大得多，这也意味着在发生月全食时，月球会完全进入地球的本影区内，所以不会出现月环食这种现象。月全食原理图 月食的过程分为初亏、食既、食甚、生光、复圆五个阶段。 初亏:月球刚接触地球本影，标志月食开始。月全食示例 食既:月球的西边缘与地球本影的西边缘内切，月球刚好全部进入地球本影内。 食甚:月球的中心与地球本影的中心最近。 生光:月球东边缘与地球本影东边缘相内切，这时全食阶段结束。 复圆:月球的西边缘与地球本影东边缘相外切，这时月食全过程结束。 月球被食的程度叫“食分”月全食 ，它等于食甚时月轮边缘深入地球本影最远距离与月球视经之比。 在农历十五、十六，月亮运行到和太阳相对的方向。这时如果地球和月亮的中心大致在同一条直线上，月亮就会进入地球的本影，而产生月全食。如果只有部分月亮进入地球的本影，就产生月偏食。当月球进入地球的半影时，应该是半影食，但由于它的亮度减弱得很少，不易察觉，故不称为月食，所以月食只有月全食和月偏食两种。[3]月全食成因图 月食是自然界的一种现象，当太阳、地球、月球三者恰好或几乎运行在同一条直线上时(地球在太阳和月球之间)，太阳到月球的光线便会部分或完全地被地球掩盖，产生月食。 月食的时候，对地球来说，太阳和月球的方向相差180°，所以月食必定发生在“望”(即农历十五前后)。要注意的是，由于太阳和月球在天空的轨道(分别称为黄道和白道)并不在同一个平面上，而是约有5°的交角，因此只有太阳和月球分别位于黄道和白道的两个交点附近，才有机会形成一条直线，产生月食。 月食可分为月偏食、月全食及半影月食三种。当月球只有部分进入地球的本影时，就会出现月偏食;而当整个月球进入地球的本影之时，就会出现月全食。至于半影月食，是指月球只掠过地球的半影区，造成月面亮度极轻微的减弱，很难用肉眼看出差别，因此不为人们所注意。 观测方法 月全食的观测方法 月全食景象(10张):使用双筒望远镜或者天文望远镜，7倍以上就可以清晰地观看到。可以站到高处看，这样视野会很好。也可用肉眼直接观察，不需要什么特别的设备，就可以作以下两项月全食观察。 记录过程 观察前准备一些观察用纸，纸上画有大圆，圆上按逆时针方向标出0°至360°，0°的位置表示月面的正北点。在月全食发生的过程中，每隔4分钟画一幅月食素描。这样做的结果即可得到一 套月全食全过程的食相图。 亮度颜色 月食时月面的亮度和颜色可区分为以下5级:0级，非常暗淡，几乎看不见;1级，稍亮，呈黑黄色，细节难以区分;2级，微亮，呈黑红色或棕黄色，中心有些暗斑，外侧相当明亮;3级，呈砖红色，能看见月面细节，但很模糊;4级，呈铜红色，非常明亮，外侧很亮，略有蓝色，可看到大的细节。观察月全食时，要对月面的亮度和颜色的级别作出判断，并记录下来。同时也要记录当时的天气情况。 Danjon 月全食光度分级 L=0 深黑色 (食甚时，月球几乎肉眼看不见)月全食的观测 L=1 黑带有灰或者棕色 (分辨细节有困难) L=2 深红或锈红色 (本影中心深黑色但外围较光亮) L=3 砖红色 (本影边缘光亮或带黄色) L=4 明亮橙红色 (明亮本影，边缘带蓝色) Fischer月全食光度分级 2 肉眼可见月海及主要环形山，其它细节须用小形双筒望远镜(口径4 cm 以下)才可看见 。 1 须要口径5cm 至15cm 的望远镜才可见细节 0 须要15cm 以上口径望远镜才可见细节 这两项数据很重要，在做月全食正式观测时需要将这两项参数写到报告里 月全食对于靠太阳照射太阳能帆板供电的人造天体有一定的影响。例如2007年10月24日月全食景观 升空的中国绕月卫星“嫦娥一号”就在2008年2月底面临首次月全食的考验，迎接暂时的“能源”危机和 低温考验。当月全食发生时，整个月球以及绕月卫星都会“钻”进地球的巨大身影中，估计有3~4个小时照不到阳光。由于“嫦娥一号”目前主要靠太阳照射太阳能帆板供电，尽管卫星上装有蓄电池，但蓄电池只能保障短时间供电。在这段时间里，卫星上的个别科学设备将暂时关机，让身在太空的“嫦娥”尽可能“节衣缩食”，确保挺过难关。月食过后，再进行开机控制。整体而言，月食对“嫦娥一号”卫星工作没有太大的影响。 编辑本段历史 古时候，人们不懂得月食发生的科学道理，像害怕日食一样，对月食也心怀恐惧。外国有人传说，16世纪初，哥伦布航海到了南美洲的牙买加，与当地的土著人发生了冲突。哥伦布和他的水手被困在一个墙角，断粮断水，情况十分危急。懂点天文知识的哥伦布知道这天晚上要发生月全食，就向土月全食瞬间 著人大喊，“再不拿食物来，就不给你们月光!”到了晚上，哥伦布的话应验了，果然没有了月光。土著人见状诚惶诚恐，赶快和哥伦布化干戈为玉帛。公元前2283年美索不达米亚的月食记录是世界最早的月食记录，其次是中国公元前1136年的月食记录。月食现象一直推动着人类认识的发展。早在1881年前，中国汉代天文学家张衡就弄清了月食原理。[4] 公元前4世纪，亚里土多德从月食时看到的地球影子是圆的，而推断地球是球形的。公元前3世纪的古希腊天文学家阿利斯塔克(Aristarchus)和公元前2世纪的伊巴谷(Hipparchus)都提出通过月食测定太阳一地球一月球系统的相对大小。伊巴谷还提出在相距遥远的两个地方同时观测月食，来测量地理经度。2世纪，托勒密利用古代月食记录来研究月球运动，这种方法一直延用到今天。在火箭和人造地球卫星出现之前，科学家一直通过观测月食来探索地球的大气结构。最早的月食记录是前2283年美索不达米亚的记录。 古代中国与非洲民间认为月食是“天狗吞月”，必须敲锣打鼓才能赶走天狗。在汉朝时，张衡就已经发现了月食的部分原理，他认为是地球走到月亮的前面把太阳的光挡住了，“当日之冲，光常不合者，蔽于地也，是谓暗虚，在星则星微，遇月则月食。”前4世纪的亚里士多德根据月食看到地球影子的圆形而推断出地球是圆的。前3世纪古希腊的天文学家阿里斯塔克(Aristarchus)、前2世纪的喜帕恰斯(Hipparchus)都提出过通过月食来测定太阳、地球、月亮的大小。 编辑本段传说 天狗食月 传说古时候，有一位名叫“目连”的公子。生性好佛，为人善良。十分孝顺母亲，但是，目连之母，身为娘娘，生性暴戾，为人好恶。 有一次，目连之母突然心血来潮，想出了一个恶主意:和尚念佛吃素。要作弄他们一下，开荤吃狗肉。她吩咐做了三百六十只狗肉馒头，说是素馒头，要到寺院去施斋。目连知道了这事，劝说母亲不听，忙叫人去通知了寺院方丈。方丈就准备了三百六十只素馒头。藏在每个和尚的袈裟袖子里。目连之母来施斋，发给每个和尚一个狗肉馒头。和尚在饭前念佛时，用袖子里的素馒头将狗肉馒头调换了一下，然后吃了下去。目连之母见和尚们个个吃了她的馒头，“嘿嘿”拍手大笑说:“今日和尚开荤啦!和尚吃狗肉馒头啦!”方丈双手合十，连声念道:“阿弥陀佛，罪过，罪过!”事后，将三百六十只狗肉馒头，在寺院后面用土埋了。 这事被天上玉帝知道后，十分震怒。将目连之母打下十八层地狱，变成一只恶狗，永世不得超生。目连是个孝子，得知母亲打入地狱。他日夜修炼，终于成了地藏菩萨。为救母亲，他用锡杖打开地狱门。目连之母和全部恶鬼都逃出地狱，投生凡间作乱。玉帝大怒，令目连下凡投身为黄巢。后来“黄巢杀人八百万”，传说就是来收这批从地狱逃出来的恶鬼。 [5] 月全食 目连之母变成的恶狗，逃出地狱后，因十分痛恨玉帝，就窜到天庭去找玉帝算帐。她在天上找不到玉帝，就去追赶太阳和月亮，想将它们吞吃了，让天上人间变成一片黑暗世界。这只恶狗没日没夜地追呀追!她追到月亮，就将月亮一口吞下去;追到太阳，也将太阳一口吞下去。不过目连之母变成的恶狗，最怕锣鼓、燃放爆竹，吓得恶狗吞下的太阳、月亮，又只好吐了出来。太阳、月亮获救后，又日月齐辉，重新运行。恶狗不甘心又追赶上去，这样一次又一次就形成了天上的日蚀和月蚀。民间就叫“天狗吃太阳”，“天狗吃月亮”。直到现在，每逢日蚀、月蚀时，不少城乡百姓还流传着敲锣击鼓、燃放爆竹来赶跑天狗的习俗。 相关天体 从东晋郭璞开始，把《山海经》里记载的“天狗”、“天犬”解释为天狗星了。郭璞在注释中引《周书》云:“天狗所止地尽倾，余光烛天为流星，长数十丈，其疾如风，其声如雷，其光如电。吴楚七国反时，犬过梁国者是也。” 清代学者郝懿行的《山海经笺疏》指出，《山海经》里的“天犬”、“天狗”都是兽名，“郭注以天狗星当之，似误也”。正因为郭璞的错误注释，“天狗”、“天犬”才升天为天狗星，也就 各地月全食景象(8张)成为民间崇拜的天狗神了。 天狗星又称“犬星”，就是苏轼写的“西北望，射天狼”中的天狼星。天狗星是天上较亮的恒星，只有太阳、月亮、金星、木星、火星等比它亮。当它接近地平线时，常闪烁着多彩的光芒。郭璞的描绘正符合这一表征。 有人说天狗星是天犬的鼻子，有的认为是犬的眼睛。狗是人们的好伙伴，“天狗”却是人们畏惧的凶神恶煞。看见它吉少逆多，有损伤、车祸、开刀等血光之灾。清毕沅的《续资治通鉴》载，至正六年(1346年)，司天监奏:“天狗星坠地，血食人间五千日，始于楚，遍及齐、赵，终于吴，其光不及两广。”后天下之乱，皆如所言。 编辑本段2010年月全食 2010年12月21日，精彩绝伦的月全食将现身冬日天宇，很多人都想目睹此次“天狗吞月”的盛况。天文专家表示，遗憾的是，中国公众很难拍到记录月食完整发生过程的“糖葫芦串”像。 中国天文教育专家赵之珩介绍说，21日发生的这次月全食，北京时间12月21日13时28分，月球就将进入半影;14时32分初亏，月食正式开始，但此时对于中国全境来说月球还在地平线以下，无法观测。16时17分食甚，即月球进入月全食过程 地球本影最深处时，中国有少数部分地区可以观测。部分地区可以看到一轮暗红色的月亮从东方升起。 到16时54分生光，即月球开始离开地球本影，此时东北、华北北部和山东半岛月亮已经升起，以上地区的公众可以找个东北方向无遮挡的地方欣赏月偏食。此时可以连续拍摄到月亮逐渐从地球的本影当中挣脱出来的照片。18时02分复圆，月亮完全离开地球本影，全食宣告结束。本次全食最大食分1.261。 赵之珩表示，本次月全食，对于中国的观测者来说很难观测到整个过程，月食发生时正值中国白天，公众只能等到日落之后欣赏月偏食了。 “虽然本次月全食对于中国来说观测条件并不理想，但2011年还会有两次我国可见的月全食发生，分别在6月16日和12月10日，其中12月10日那次中国可以看到全食的全过程。有兴趣的公众不妨把这次观测当做一次预演，为明年做好准备。”赵之珩提醒说。[6] 编辑本段2011年月全食 06月16日 2011年的两次月全食，中国的观测条件都不错。特别是12月10日的那次，是近年来少有的中国全境可见整个过程的月全食。而6月16日，是公众一次实际演练月全食观测的好机会。对于全球来说，亚洲、大洋洲、欧洲、非洲的大部分地区以及南极洲都能观测到6月16日的这次月全食。其中能全程可见的区域主要集中在亚洲西部和非洲东部，中国东部广大地区可以观测到带食月落。2011年6月份月全食可见区域图 [7]通常，公众用食分来表示月食发生过程中，月球进入地球本影的深度。准确地说，就是地球本影角半径Re与月面角半径Rm之和减去地影和月面中心的角距离l, 再与月面角直径2Rm之比。一次月食过程中，食分最大的时刻就是食甚。首先，月全食发生时，食分一定会大于等于1。而且根据日、地、月三者的大小和彼此间距离，公众可以计算出月全食理论上的最大食分在1.85左右。本次月全食最大食分为1.705，比较接近理论的极值，是近几年食分最大的一次月全食。 食分较大，全食持续的时间也会比较长。6月16日的这次月全食，食既为3时22分，生光为5时03分，全食将持续1小时41分。虽然时间充足，但实际的观测还将是非常紧张的。以北京地区为例，当天日出大约在4时50分，因此不到生光月球就会落下。况且在日出前的一个多小时内，大气散射的日光就会增亮背景天光。而食甚时(北京时间4时13分)月球的地平高度只有5°多了，因此原本就很暗弱的红月亮将会更加不明显。在北京，食既时刻的月球地平高度还有将近13°，虽然已过天文晨光始半个小时，但天还不会太亮。因此，对于想拍摄月全食的朋友来说，大家还是要做好充分准备，争分夺秒进行观测。2011年6月份月食全过程图 [8]良好的天气情况是成功观测月全食的前提条件，当然除了关注天气预报以外，我们还要选择合适的观测地点。对于中国东部地区来说，本次带食月落的观测最好在一个西南方向尽量少遮挡的地点进行。虽然月球地平高度较低对观测有不利的影响，但同时也为大家拍摄带地景的月全食照片提供了宝贵机会。因此选择合适的地点进行观测就显得尤为重要了，名胜古迹，标志性建筑物，都是很好的素材。如果你想拍摄近处人物与月全食的合影的话，可以适当使用闪光灯补光。 包括中国在内的全球多个国家可以观测到此次月食。月球进入地球本影全食开始，直至月球落入地平线以下全食仍未结束，将出现带食而落的景象。中国可观赏这次月全食的时间是:初亏凌晨2时23分;食既3时22分;食甚4时13分，最大食分1.705;生光5时03分;复圆6时03分。 月球反射的太阳光线通过地球大气层的折射，可能使地球上的人观察月亮时，能看见红色、棕色和“黑色”的月球。月球反射的太阳光线进入地球大气层时反向散射蓝光，能使其在地球上观测时呈现红色。 报道指，这次地球上不少人所看见的月亮可能是血红色，红月将持续100分钟左右。由于英国当天的日落要到晚9时19分左右才结束，英国天文爱好者也看不见月食的初期阶段。 11年来持续时间最长、食分最大的月全食将发生在6月16日凌晨2时23分，4点前后，月亮还会“脸红”。中国科学院南京紫金山天文台研究员王思潮说，对于四川来说，天气将是观测的关键因素。届时只要天气晴朗，中国西部、西南部分地区可见全过程。[9]英国夏令时6月15日下午6时24分左右(北京时间16日凌晨2时24分)，自2000年以来历时最长的月全食将发生，全球多个地区如半个非洲、中东地区、包括中国在内的亚洲中部等地区以及澳大利亚西部的人们均可以观察到这次月全食。 月球进入地球本影全食开始，直至月球落入地平线以下全食仍未结束，将出现带食而落的景象。中国可观赏这次月全食的时伊斯兰堡拍摄到的月食景象 间是:初亏凌晨2时23分;食既3时22分;食甚4时13分，最大食分1.705;生光5时03分;复圆6时03分。 据介绍，6月16日的月食将是2000年以来时间最长的月全食。月球反射的太阳光线通过地球大气层的折射，可能使地球上的人观察月亮时，能看见红色、棕色和“黑色”的月球。月球反射的太阳光线进入地球大气层时反向散射蓝光，能使其在地球上观测时呈现红色。 报道指，这次地球上不少人所看见的月亮可能是血红色，红月将持续100分钟左右。由于英国当天的日落要到晚9时19分左右才结束，英国天文爱好者也看不见月食的初期阶段。[10]2011年6月16日在伊斯兰堡拍摄到的月食景象。如果天气晴好，欧洲局部地区、非洲、亚洲中部和澳洲的天文爱好者都能观看到这次月全食。这是2011年的第一次月全食，也是近11年来持续时间最长的一次。 12月10日 从食既到生光，全食时间有51分钟 [11] 据介绍，这次月全食是继2001年1月10日之后，中国观测条件最好的一次月全食。 中科院紫金山天文台研究员王思潮说，之所以说观测条件好，主要基于两个方面:一是中国几乎全境可以观测到此次月全食，这也是本次月全食最大的特点;二是月全食发生时间适合中国公众观测，可以欣赏到整个月全食发生的过程。 一次月全食有初亏、食既、生光、复圆等几个重要时间点。本次月全食的初亏为北京时间12月10日20时45分，食既为10日22时06分，生光时刻为10日22时57分，复圆则发生在11日0时17分。其中，食既到生光为全食阶段，这意味着，对于观测者而言最精彩的全食时间有51分钟。月全食 中国天文学会理事、南开大学教授苏宜介绍说，本次月食发生的时间，对中国大部分地区来说都非常利于观测，不仅持续时间较长，而且当天恰逢周六，又是发生在上半夜，再加上冬季晴天率高、2011年12月10日月全食高清图 大气透明度好。如果当地天气好，可以清晰地看到月食的全过程。 月全食时，为什么月亮呈暗红色? 月食这一天象是如何发生的? 王思潮介绍说，地球在背着太阳的一面有一条阴影，月球在绕地球运行的过程中，有时会进入地球的阴影中，地球挡住太阳射向月球的光线，月食就形成了。如果月球整个进入地球的影子，发生的就是月全食。 发生月食的条件是月球必须位于地球的背日方向(地影所在的方向)。这在一个朔望月内，只有逢“望”的日期，才有可能。因此，月食总是发生在满月的时候。当然，大多数望日不发生月食。这是因为要发生月食的天象，还须日月的黄纬相等(或相近)。 月全食时，月亮并不会完全消失，而会呈现暗红色。这是为什么? 王思潮解释说，太阳光是由红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫各种颜色的光线混合成的。当太阳光经过地球上的大气层被折射到地球背后影子里去的时候，它们都受到大气层中极其微小的大气分子的散射和吸收。 黄、绿、蓝、靛、紫等色的光波比较短，在大气中受到的散射影响比较大，它们大部分都向四面八方散射掉了;红色的光线波长比较长，受散射影响不大，可以通过大气层穿透出去，折射到躲在地球影子后面的月亮上。所以，在月全食时，公众看到的月亮是暗红色的。 专家支招拍摄“月食葫芦串” 观看月全食，最好能使用小型天文望远镜。有兴趣的公众可到各地天文学会或天文馆、科技馆进行观测。另外，上海天文台、中国科普网等将对本次月全食进行视频或网络直播，有兴趣的公众可以关注。 专家建议，爱好天文摄影的公众，不妨提前准备好相机迎接这次月全食。拍摄时最好使用焦距长一点的镜头，用三脚架固定相机，通过快门线，适当加大曝光时间。如能选取一些有特色的背景物，比如高塔、古建筑等，将更有观赏价值。 而要想拍摄“月食葫芦串”，就需选用能连续在同一幅画面中多次曝光的相机和广角镜头，并准备好三脚架来固定相机，事先计算好多长时间(通常15分钟-20分钟)拍一次，就可以拍到了。 据介绍，今年是我国的月全食高发年，共有两次月全食，分别在6月16日和12月10日上演。但2011年以后，2012年-2017年，中国公众仅能欣赏到两次月全食天象，它们分别发生在2014年10月8日和2015年4月4日。 不过，2018年中国将迎来又一次月全食高发年。与2011年一样，这一年里中国公众也可以欣赏到两次月全食，分别发生在1月31日和7月28日。