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倒計時3天,地球上最罕見的天象之一即將上演!
2023/04/18

就在本月20日,地球上最壯觀的天象之一 —— 混合日全食,將再次上演!本次日全食路徑經過了三個國家,按照時間的順序,月球的本影將依次掃過澳大利亞、東蒂汶和印度尼西亞。其中澳大利亞西北部的埃克斯茅斯半島,算是追星族追日族們比較理想的觀測地點,無論是從觀測的天氣條件還是順路的游玩體驗來說,澳大利亞都是不二之選。

日全食路徑首先經過澳大利亞珀斯以北約 1100 公里處的埃克斯茅斯半島和幾個島嶼

© Michael Zeiler 2014 – 2022

來源:www.greatamericaneclipse.co

這是東帝汶境內的日全食路徑

© Michael Zeiler 2014 – 2022

來源:www.greatamericaneclipse.co

日全食路徑最后穿過印度尼西亞

© Michael Zeiler 2014 – 2022

來源:www.greatamericaneclipse.com

哈?!沒我們什麼事?我們確實看不到這次日全食,但是日偏食還是能看到一點點的。如果天氣晴朗的話,港澳地區、台灣全境可以看到偏食。在港澳台以及廣東福建海南幾個地區,日偏食時間大概從20日中午12點開始到下午1點半結束,持續時間約為40分鐘。

不過小編提醒各位,不要抱有太高期望,因為上述地區可見的日偏食看起來只是太陽被遮掉了一點邊緣,如果不仔細觀察都發現不了。(戴好日食眼鏡再細看!!!)所以還是推薦各位搬好小板凳吃吃瓜看看氣象直播。

大伙別急,接下來說說為什麼這次日全食是罕見中的罕見。即將登場的日食是日食中特殊的存在,我們稱其為混合日食或者全環食。日食通常有三種,日偏食、日環食和日全食,而本次日食是一種混合日食,顧名思義,混合日食會在全食帶上出現日環食和日全食混合的現象。

上次此類混合日食發生在10年前的2013年11月3日,下一次混合日食將于2031年11月在美國本土上演。這種混合日食有多罕見?根據NASA的數據計算,21世紀的日全食中,只有 3.1%(224次中有7次)是混合日食,從公元前 2000 年至公元 3000 年期間,混合日食約占所有日食的 5%。

在了解混合日食形成原理之前,我們先簡單得回顧一下日食形成的原因。要發生日食,太陽、月亮和地球必須形成三點一線或者近似三點一線的空間位置關系,而且月球需位于太陽和地球之間。這三個天體的粗略對齊發生在朔或者望,分別對應農歷的新月和滿月。

如此看來,豈不是月球每繞地球一圈都會形成三點一線的位置關系?每個月都有日食了?如果月球繞地球運行的軌道平面與地球繞太陽運行的軌道平面(黃道面)重合的話,還真就是每個月都有日食發生。然而,月球繞地球運行的軌道平面與黃道面存在一個大約為 5°的夾角,大部分新月期間月球的影子都沒有投射在地球表面,只有新月發生在月球軌道平面與黃道面交線處時(即新月和月軌交點重合),日食才會發生。這種情況通常每6個月出現一次,一次平均持續約34天,這段時間也稱為食季。

關于月球的影子,我們需要了解這三種情況:本影、半影和偽本影。什麼教科書式定義話術沒有,我們直接上圖,看圖理解。

(可以把大頭想象成地球,眼珠想象成地面上的觀測者)

就像上圖中籃球遮擋住光源所看到的情況一樣,在月球影子投射到地球表面的陰影區域內,我們可以看到日食,而且越靠近投影路徑的中心,食分就越大。其中本影區域對應日全食,偽本影區域對應日環食,半影區域對應日偏食。日食通常以月球投影在地表的最暗點命名,混合日食除外。

那麼,混合日食又是怎麼一回事呢?當月球影子的那個尖尖(本影過渡到偽本影的圓錐頂點)恰好在地球表面時,神奇的事情要發生了,要保持這個尖尖恰好投射在地球表面,我們觀測者與月球的距離十分關鍵。此時我們還需要考慮到一件事,地球是一個大橢球,地表是一個近似球面的曲面。那麼隨著地球和月球之間的相對運動,月球投影的尖尖會因為地表近似球形的凸起從一開始的接觸不到地表變為接觸到地表,最后又變為接觸不到地表。簡單地說,就是地表上的投影從偽本影變成本影最后又變成偽本影,因為不僅日、月、地的距離要合適,而且地表到月球的距離變化也要恰到好處,所以說這種混合日食比一般的日全食更加罕見。

4月20日的這次混合日食,全食帶西起印度洋,東至太平洋,中間經過的陸地只是很小的一段。在日出時分的起點段和日落時分的終點段,可以看到日環食;在全食帶中間的大部分,可以看到壯觀的日全食;至于那個月球投影的尖尖,應當位于印度洋和太平洋的某處海域。

如圖所示,環食-全食-環食只是最簡單的一種情形

此圖展示了月球到地表距離變化對月球投影的影響

上圖表示另外一種情況,月球投影從偽本影變成本影,但最終沒能變回偽本影。所以我們在全食帶上觀測到的情況就是由環食開始,之后變成全食直至日食結束。

如果你能去到那個尖尖投射在地球上的點觀測,那麼你就可以看到日全食貝利珠現象中的特殊景象——貝利珠環(鑲嵌了一圈鉆石的大鉆戒)。

這里我們再補充一下貝利珠的形成原因。當月球邊緣與太陽光球層邊緣重合時,由于月球表面各種凹凸不平的地形,在完全遮擋住太陽的最后(近)時刻,太陽光會從這些起伏不定的表面上凹陷的地方透過,形成了我們所看到的貝利珠。

英國天文學家貝利(Francis Baily)首先觀測到這種現象并給出了正確解釋,因此我們將其命名為貝利珠。一般情況下的日全食,月球差不多會把太陽全部遮住(也就是觀測者看到的月球比太陽要稍微大那麼一點點),月球與太陽這兩個圓會在全食期間形成兩次相切,因此會出現兩次貝利珠。

拍攝者:James West

來源:flickr.com

但是在混合日食期間,且位于月球投影尖尖位置的人,會看到月球與太陽這兩個圓恰好一樣大,兩圓完美重合處處都是相切,此時就會出現一圈貝利珠啦!對于天文愛好者來說,不僅需要去到全食帶上這個精確的地點,還要有良好的天氣,以及專心致志地抓住這轉瞬即逝的一瞬間,可謂是天時地利人和都要好到極致!

一次罕見的混合日食

Image Credit & Copyright: 左半圖-Fred Espenak

右半圖-Stephan Heinsius

來源:Astronomy Picture of the Day Archive

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