天文專欄中央氣象局

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日月食特輯 | 流星雨特輯

 

進行日月食觀測時,請注意安全並留意天氣變化。

  黃道是地球繞太陽公轉的軌道,從地球上來看,也就是太陽在天球上運行的軌跡。由於地球的自轉軸並不垂直於黃道面,而是有大約23.5度的傾角,使得太陽直射地球的位置隨著地球的公轉而變化(見圖1),在春分的時候,太陽直射赤道,到了夏至的時候,太陽直射地球最北的直射界限-北回歸線,到了秋分的時候,又再度直射赤道,到了冬至的時候,則直射地球最南的直射界限-南回歸線。因此,從地球上來看,太陽在天球上運行的軌跡隨著季節的改變而向南或向北偏移,在夏至的時候達到最北,在冬至的時候則達到最南(見圖2)。

 

  地球繞太陽公轉軌道的軌道(黃道)  
 

圖1:地球繞太陽公轉軌道的軌道(黃道)

 
  北緯25度(台北),於夏至當天,若月相分別為朔、上、下弦或望的時候,月球在天球上各別之運行軌跡(白色的帶狀區域)  
 

:上圖表示在北緯25度(台北),太陽分別在夏至、春、秋分或冬至當天,在天球上運行之軌跡。

 

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  白道是月球繞地球公轉的軌道,和黃道之間有大約5度的夾角(見圖1)。當月球位於太陽和地球之間(經度相同),這時在地球上看不到月球表面反射的太陽光,稱為「朔」。當月球和太陽分別在地球的兩側(經度差180度),這時在地球上可以看到滿月,稱為「望」。至於月球在天球上運行的軌跡,在「朔」的時候,由於日月的經度相同,所以月球運行的軌跡和當時太陽的軌跡很接近,變動範圍為正負5度(黃道和白道的夾角)。但是,到了「望」的時候,由於從「朔」到「望」這期間,月球繞地球公轉了180度,所以月球運行的軌跡和相隔半年時間所見到的太陽軌跡很接近(變動範圍正負5度)

  以夏至為例,夏至時太陽在天球上的緯度大約是+23.5度,若此時恰逢朔月的話,朔月的緯度就在+18.5+28.5度之間變動(此變動周期為18.6年)。若是恰逢滿月的話,由於滿月時,月球繞行到與太陽相對的另一側,也就是相當於冬至時太陽所在的位置(-23.5度),所以這時候月球的緯度是在-18.5-28.5度之間變動(見圖2)。

 

  地球與月球公轉軌道(黃道與白道)示意圖  
 

圖1:地球與月球公轉軌道(黃道與白道)示意圖

 
  北緯25度(台北),於夏至當天,若月相分別為朔、上、下弦或望的時候,月球在天球上各別之運行軌跡(白色的帶狀區域)  
 

:上圖表示在北緯25度(台北),於夏至當天,若月相分別為朔、上、下弦或望的時候,月球在天球上各別之運行軌跡 (白色的帶狀區域)。

 

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  質量(公斤) 赤道半徑(公里) 與地球的平均距離(公里) 與地球的平均近點距離(公里) 與地球的平均遠點距離(公里)
太陽

1.99×1030

6.96×105

1.50×108

1.47×108

1.52×108

月亮 7.35×1022

1.737×103

3.84×105

3.63×105

4.06×105

地球

5.97×1024

6.378×103

     

 

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地球和月球都是不發光且比太陽還小的球體,所以在陽光的照射下,在背向太陽的方向會產生陰影,所產生的陰影可以分為3部分,分別是:

本影:太陽完全被遮蔽的區域

半影:只有部分太陽被遮蔽的區域

偽本影:太陽的中心部分被遮蔽,仍然可以看見太陽邊緣的區域。由於地球的本影長度遠大於地球和月球的距離,所以月球只會通過地球的本影和半影區,而不會通過偽本影。

  太陽、地球與月球的相對位置與本影、半影和偽本影之關係  
 

說明:太陽、地球與月球的相對位置與本影、半影和偽本影之關係。

 

        

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日食和月食出現的頻率為何? 

  1個朔望月平均大約是29.5天,但為什麼日食和月食並不是每個月的朔和望都發生呢?原來地球繞太陽公轉的軌道(黃道),與月球繞地球公轉的軌道(白道)並不在同一個平面上,而是大約有5度的夾角,黃道與白道相交的交點,依月球在軌道上是由南向北或由北向南運動,分別稱為升交點和降交點。只有當朔或望時,太陽和月球的位置剛好運行到交點前後一定的距離內,才可能發生食的現象

  太陽行經交點前後可能發生日食或月食的期間稱為食季(eclipse season),以太陽在黃道上每天大約移動1度來計算(一年365天走360度),日食的食季有36天(交點前後18度內可能會發生日食,前後15度內必定會發生日食),當朔發生在這段期間內時,就會有日食,由於這段期間比1個朔望月(29.5天)還長,所以在1個食季內至少會遇到1次朔,最多可以有2次,也就是在1個食季中至少有1次日食發生,最多可以有2次。月食的食季有24天(交點前後12內可能會發生本影月食,前後10度內必定會發生本影月食),當望發生在這段期間內時,就會有月食,由於這段期間比1個朔望月還短,所以在1個食季內最多會遇到1次望,也可能1次都沒有,也就是在1個食季中月食的次數可能是1次或沒有

  太陽連續兩次經過升(降)交點的時間間隔為346.6天,稱為食年(eclipse year),一個食年中每相隔大約半年會各有1個日食食季和1個月食食季。由於回歸年(365.2422)比食年多了19天,所以在一個回歸年中,有可能多出一個不完整的日食食季或月食食季。綜合來看,地球上一年當中,發生日食的次數最多有5次(兩個完整的食季各有2次,再加上不完整的食季有1次),最少有2次。發生本影月食的次數最多有3次,最少則為0。以日食和月食發生的總數來看,一年中合計至少有2(都是日食),最多有7次。平均來看,以每年發生兩次日食和兩次月食最為常見。

  就整個地球來看,雖然日食發生的次數較多,但就地球上同一地點而言,平均每3年可以見到一次月全食,但平均每3百多年才可以見到一次日全食 。這是由於月全食發生時,地球上位於夜半球的人都可以看的到。但日全食發生時,只有在月球本影區內的人才可以見到,且本影沿著地球表面移動所形成的本影帶,寬度最多不過二百多公里,以致於可以見到日全食的地區不到地球表面的百分之一,使得日全食成為極罕見的景象。

 
  食季發生在當太陽、升交點和降交點3者大致排列成直線時,即圖中的A和C。一個食年有兩個食季,相隔略小於半年(~173天)  
 

說明:食季發生在當太陽、升交點和降交點3者大致排列成直線時,即圖中的AC。一個食年有兩個食季,相隔略小於半年(~173天)。

 

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當地球位於太陽與月球之間,並且月球剛好進入地球的陰影之中,這時候在地球上背向太陽的那個半球(夜半球),可以看到進入陰影中的月球因為無法反射太陽光而變暗,這就是月食

  月食可分為3

  月全食-整個月球都進入地球的本影內

  月偏食-只有部分的月球進入地球的本影內

  半影月食-月球進入地球的半影內。由於在地球半影中的月球亮度變化並不明顯,用肉眼並不容易覺察出來。

     

  月食發生時,太陽、地球與月球的相對位置示意圖。  
 

說明:月食發生時,太陽、地球與月球的相對位置示意圖。

 

 
  由月球行進路徑的截面上,圖示月食的種類、月球的行進路徑與地影的關係(以地影為參考座標)  
 

說明:由月球行進路徑的截面上,圖示月食的種類、月球的行進路徑與地影的關係(以地影為參考座標)。

 

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  月食都發生在「望」(滿月)的時候,大約是農曆的1516日(少數在1417日)。這時候,地球剛好位於太陽與月球之間,使得月球有機會進入地球的陰影中,而發生月食的現象。不過並不是每次「望」的時候都會發生月食,這是因為月球繞地球公轉的軌道(白道)、與地球繞太陽公轉的軌道(黃道)並不在同一個平面上,兩者之間大約有5度的夾角。只有當「望」發生時,月球又剛好在黃道和白道的交點附近,使得太陽、地球與月球三者的位置接近一直線,月球才會進入地球的陰影之中,而發生月食的現象。倘若「望」發生時,月球離黃道和白道的交點較遠,則月球將從地球陰影的上方或下方通過,而沒有月食發生。

 

  當「望」的時候,月球的位置剛好在交點前後一定的距離內,才會發生月食的現象。  
 

說明:地球繞太陽公轉的軌道(黃道),與月球繞地球公轉的軌道(白道)之間大約有5度的夾角,黃道與白道相交的交點,依月球在軌道上是由南向北或由北向南運動,分別稱為升交點和降交點。只有當「望」的時候,月球的位置剛好在交點前後一定的距離內,才會發生月食的現象,如圖中A(月球在降交點附近)與C(月球在升交點附近)。

 

    
  當「望」的時候,月球的位置剛好在交點附近一定的距離內,月球才有機會進入地球的陰影之中,而出現月食的現象。  
 

說明:當「望」的時候,月球的位置剛好在交點附近一定的距離內,月球才有機會進入地球的陰影之中,而出現月食的現象

 

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  月食發生時,由於月球是由西向東進入地球的陰影中,使得月球的東側會先進入地影而開始變暗,因此月食的過程是由東向西發生

  「月全食」的過程可依序分為7個不同的階段

    半影食始-月面與地球半影第一次外切,半影食開始

    初虧-月面與地球本影第一次外切,偏食開始

    食既-月面與地球本影第一次內切,全食開始

    食甚-月面中心與地球本影中心最靠近的時候,也就是掩食程度最大的時刻

    生光-月面與地球本影第二次內切,全食結束

    復圓-月面與地球本影第二次外切,偏食結束

    半影食終-月面與地球半影第二次外切,半影食結束

  由於在月球軌道上的地球本影直徑比2個月球直徑還大,所以從「食既」到「生光」這段全食的期間最長可以達到90多分鐘

  「月偏食」發生時,因為只有部分月球進入地球的本影之中,所以沒有「食既」與「生光」。 

  「半影月食」發生時,因為月球並沒有進入地球的本影之中,所以只有「半影食始」、「食甚」與「半影食終」。

       

  月食的不同階段(以地影為參考座標)  
 

說明:月食的不同階段(以地影為參考座標)

 

 

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  「食分」是用來表示日食或月食發生時,太陽或月球被遮掩的程度

  月食食分可分為半影食分和本影食分,分別為月球的直徑進入地球半影或本影中的比值。若月球完成進入半影或本影之中,食分的大小代表月球進入地影的程度,食分將大於1。所以若本影食分大於1,表示月全食。

月食的食分

 

說明:月食的時分

﹝「*」代表地球本影與半影的中心﹞

 

       

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   在月全食的階段,仍有少部分的陽光,經過地球大氣的散射和折射,將偏藍的光散射掉,並且將偏紅的光折射到月球上。所以,在月全食的時候,依據當時地球大氣的狀況,月球會呈現出棕褐色或各種深淺不同的橙色,每一次月全食發生時,月球的顏色都不盡相同。

月全食的時候仍然可以看得到月亮說明圖

       

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食甚日期

食種類

台灣可見之食況

2007/03/04

月全食

月偏食

2007/08/28

月全食

月全食

2008/02/21

月全食

--------

2008/08/17

月偏食

月偏食

2010/01/01

月偏食

月偏食

2010/06/26

月偏食

月偏食

2010/12/21

月全食

月偏食

2011/06/16

月全食

月全食

2011/12/10

月全食

月全食

2012/06/04

月偏食

月偏食

2013/04/26

月偏食

月偏食

2014/0415

月全食

--------

2014/10/08

月全食

月全食

2015/04/04

月全食

月全食

2015/09/28

月全食

--------

       

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  由於月球不像太陽會發出強烈的光線,所以在觀測月食的時候,並不需要特別的保護裝置,只要用肉眼來觀測就可以了。倘若有小型的雙筒望遠鏡,也可以用來放大月球的影像,並且更清楚地觀察月球表面的顏色及明暗變化

   觀測月食的時候,可以注意月球顏色的變化。特別是在月全食的時候,由於當時月球反射的光是來自地球大氣散射與折射後的陽光,使得月球表面依當時地球大氣的狀況,可能呈現出棕褐色或各種深淺不同的橙色,每一次月全食發生時,月球的顏色都不盡相同,值得特別觀察。     

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  當月球位於地球與太陽之間,並且月球的陰影剛好落在地球上時,在陰影區內的人將看到太陽全部或部分被月球遮掩了,這就是日食。

日食可分為三種:

  日全食-在月球本影區內,可以看到太陽全部被月球遮掩

  日環食-當月球距離地球較遠時,月球的視直徑比太陽還小,亦即月球無法遮住整個太陽,因此在偽本影區內,可以看到太陽未被月球遮掩的部分形成一圈明亮的光環。

  日偏食-在月球半影區內,只能看到部分的太陽被月球遮掩。

 

  「日全食」發生時,太陽、地球與月球的相對位置示意圖  
 

說明:「日全食」發生時,太陽、地球與月球的相對位置示意圖。

 

       

 
  「日環食」發生時,太陽、地球與月球的相對位置示意圖  
 

說明:「日環食」發生時,太陽、地球與月球的相對位置示意圖。

 

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  日食都發生在「朔」(新月)的時候,也就是農曆的初一。這時候,月球剛好位於太陽與地球之間,使得月球的陰影有機會落在地球上,而發生日食的現象。不過並不是每次「朔」的時候都會發生日食,這是因為月球繞地球公轉的軌道(白道)、與地球繞太陽公轉的軌道(黃道)並不在同一個平面上,兩者之間大約有5度的夾角。只有當「朔」發生時,月球又剛好在黃道和白道的交點附近,使得太陽、月球與地球三者的位置接近一直線,月球的陰影才會落在地球上,而發生日食的現象。

 

  當「朔」的時候,月球的位置剛好在交點前後一定的距離內,才會發生日食的現象。  
 

說明:地球繞太陽公轉的軌道(黃道),與月球繞地球公轉的軌道(白道)之間大約有5度的夾角,黃道與白道相交的交點,依月球在軌道上是由南向北或由北向南運動,分別稱為升交點和降交點。只有當「朔」的時候,月球的位置剛好在交點前後一定的距離內,才會發生日食的現象,如圖中A(月球在升交點)與C(月球在降交點)。

 

 

       

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  日食發生時,由於月球的影子在地球上是由西向東移動,使得太陽的西側先被月球遮住而變暗,因此日食的過程是由西向東發生

  「日全食」的過程依序可分為5個不同的階段

    初虧-日面與月面第一次外切,偏食開始

    食既-日面與月面第一次內切,全食開始

    食甚-日面中心與月面中心最靠近的時候,也就是掩食程度最大的時刻

    生光-日面與月面二次內切,全食結束

    復圓-日面與月面二次外切,偏食結束

  從「食既」到「生光」的全食階段,最長只有7分多鐘,一般都在5分鐘之內

  「日環食」發生時,因為月球視直徑比太陽小,所以沒有「食既」與「生光」,而是「環食始」與「環食終」。從「環食始」到「環食終」的時間最多是12分鐘多。

  「日偏食」發生時,因為月球只遮蔽了一部分的太陽,所以只有「初虧」、「食甚」與「復圓」。

日食的不同階段

 

說明:日食的不同階段

 

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日全食

  日全食是非常壯觀的天文奇景,雖然持續的時間只有短短幾分鐘,但在這期間,天空迅速變暗、溫度降低、天邊出現彩霞、一些明亮的星星也出現了、平常無法看見的日冕也在被遮掩的太陽周圍發出珍珠白的光輝。這樣的景緻對整個地球來說,雖然平均每1-2年就會發生一次,不過由於日全食發生時,只有位在月球本影內的人才有機會可以看到全食的現象,而月球的本影在地球上經過的路徑是一條狹長的帶狀(稱為日全食帶),寬度有時只有數十公里,最多也不過二百多公里,使得對一個特定的地點來說,平均3百多年才有機會看到一次日全食

  台灣上一次看到日全食是在1941921日,日全食帶從台灣的北邊通過。下一次則要等到2070411日,屆時日全食帶將會從台灣的南端通過

  至於日環食的現象,台灣上一次是在1958419日看到,下一次則是在2012521日,屆時日環食帶將會從台灣的西北部通過。

 
  西元2070年4月11日,日全食帶(白色)在台灣附近經過的路徑  
 

說明:西元2070411日,日全食帶(白色)在台灣附近經過的路徑。

 
 
 
  西元2012年5月21日,日環食帶(白色)在台灣附近經過的路徑  
 

說明:西元2012521日,日環食帶(白色)在台灣附近經過的路徑。

 
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什麼是日食食分? 

  「食分」是用來表示日食或月食發生時,太陽或月球被遮掩的程度

  日食食分是指太陽的直徑被月球遮蔽的比值。當日全食發生時,食分為月球與太陽的視直徑之比,其值大於1

日食的食分

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食甚日期

日食種類

台灣可見之食況

2007/03/19

日偏食

日偏食

2007/09/11

日偏食

--------

2008/02/07

日環食

--------

2008/08/01

日全食

日偏食

2009/01/26

日環食

日偏食

2009/07/22

日全食

日偏食

2010/01/15

日環食

日偏食

2010/07/11

日全食

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2011/01/04

日偏食

--------

2011/06/02

日偏食

--------

2011/07/01

日偏食

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2011/11/25

日偏食

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2012/05/21

日環食

日環食

2012/11/14

日全食

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2013/05/10

日環食

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2013/11/03

日環-全食

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2014/04/29

日環食

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2014/10/24

日偏食

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2015/03/20

日全食

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2015/09/13

日偏食

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如何觀測日食?注意事項有哪些? 

日食觀測圖

觀測日食時要特別注意眼睛的安全,在沒有良好的安全措施下,絕對不可以用眼睛直視太陽,否則視網膜可能受到灼傷而造成視力的永久傷害

觀測太陽的方法包括:

1.      針孔投影:利用兩塊板子,在其中一塊板子上鑿一個小洞,讓陽光穿過這個小洞投影到另一塊板子上,若要讓太陽的影像大一點以便利觀測,兩個板子最好距離1公尺以上。

2.      望遠鏡投影:和針孔投影的裝置類似,只是把有針孔的板子換成把望遠鏡,再將太陽的影像透過望遠鏡投影到板子上。操作時要特別注意不要有人因好奇而把眼睛靠近望遠鏡目鏡,經過望遠鏡聚光的太陽光有讓人立即失明的危險

3.      太陽濾鏡:假若要直接觀測太陽的話,利用專門觀測太陽的太陽濾鏡是最安全的方法。

4.      黑白底片:可以將含有銀離子的黑白底片(一般是溴化銀)直接拉出曝光後、重疊幾張來當做濾鏡使用,由於主要的濾光效果是來自銀離子,假若黑白底片的感光粒子是用染料製造的則無此效果,切勿使用

5.      光碟片:使用光碟片觀測時要注意光碟片上鍍的鋁是不是太薄了,以致於達不到足夠的濾光效果。使用前可以先用一般的室內燈光測試一下,假如一般的室內燈光都可以穿透的話,千萬不要使用。

不安全的觀測包括:

1.      使用塗墨汁或燻黑的玻璃片,

2.      彩色底片,

3.      已經有影像的黑白底片,

4.      太陽眼鏡,

這些方法雖然可以讓太陽看起來較暗、眼睛沒有不舒服的感覺,但仍有大量眼睛看不到的紅外線可以穿透,由於紅外線對視覺的影響在眼睛已經受到傷害後的幾個小時才會出現,反而容易讓觀測者因為疏於防範而造成傷害。

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上次更新此站台的日期: 2007年03月12日