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日月食問與答 - 第一頁

這部分提供一些對於日月食的常見問題和相關答案。在你閱讀下文的同時，可參閱本站的 "日月食術語" 頁以了解一些詞彙的意思 (於新頁開啟)。

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問題:

  1. 為甚麼會出現日月食? [答案]
  2. 既然食是由於太陽光被遮擋而出現，而月球每月繞地球公轉一圈，為甚麼食並不是每個月都會出現? [答案]
  3. 可否解釋各種的日/月食? [答案]
  4. 在月食發生時，在月球上的觀測者可看到甚麼? [答案]
  5. 甚麼是 "食年" 和 "食季" ? [答案]
  6. 為甚麼食年比回歸年短? [答案]
  7. 一年內最多可以有多少次食? [答案]
  8. 月食是否比日食更為頻密? [答案]
  9. 請問月球和太陽的角直徑為何? 日食裡面環食多還是全食多? [答案]
  10. 某一地點看到日環食/全食是否非常罕見的事情? [答案]
  11. 以頻率而言，某地的食是否均勻地分布? [答案]
  12. 香港於何時可再看到日全食/環食? [答案]
  13. 最長的日全食可達多長? 它的所需條件為何? [答案]
  14. 最長的日環食可達多長? 它的所需條件為何? [答案]
  15. 觀測長的日環食好不好? [答案]

答案:

  1. 食是由太陽光的阻擋導致的。在月食中，月球於地影內，因此不能被太陽直射，我們在地球亦自然看不到月球所反射的太陽光了。至於日食方面，月球在太陽和地球中間，擋去部分原本落在地球的光線，在該區的人們將看見不發光的月球阻擋太陽的一部份 (或者全部)，這就是日食。因此，日食只能於農曆初一 (新月) 發生，而月食則只能在農曆十五 (滿月) 附近發生。技術上日食實為月掩星，因被掩者 (太陽) 並未有因此而停止發出光芒。 [返回問題]
  2. 由於太陽-地球的平面 (黃道平面) 跟地球-月球平面並不相疊，我們不能每個月都看到日/月食。平均來說，地球-月球平面與黃道平面的夾角約為 5 度。因此，在新月和滿月時，通常月球、地球和太陽並不成一直線，食也無法發生。只有在特別情況下月球、地球和太陽才成一直線，而食也可以在這個時候出現。 [返回問題]
  3. 我們將日食和月食分開討論 :

    • 日食 - 共有四種 :

      1. 日全食 : 日全食於月球完全覆蓋太陽面時發生。發生日全食的地方會明顯變暗。
      2. 日環食 : 如果在日食發生時月球角直徑比太陽角直徑小，而整個月球圓面嵌於太陽圓面內，環食便會發生。環食發生時觀測者將看到太陽的邊緣發光，好像一個光環，而環食亦因此得名。雖然週邊環境不會像全食發生時般暗，但由於大部分的太陽被食去，天空的光度仍會變得頗暗，不知日食發生的人也會察覺得到。
      3. 日偏食 : 這於月球面只能覆蓋部分太陽時發生，太陽將變成新月般的形狀。一次日食可以只有日偏食，亦可以是全/環食但觀測者不在全/環食帶之內，因而只看到偏食。
      4. 日全環食 : 當太陽和月球的角直徑幾乎相等時，地球的曲度有時可以令月球的本影剛好接觸到地球，該次日食將於不同時間以環食或全食的方式顯現，這就是全環食。由於太陽和月球的角直徑相若，該次日食中無論是環食和全食皆是短暫的。
    • 月食 - 共有三種 :

      1. 月全食 : 當整個月球進入地球的本影時，月球幾乎不能得到任何太陽光，月全食便會發生。
      2. 月偏食 : 這於部分月球進入地球本影時發生。
      3. 月半影食 : 如果整個月食過程中月球只進入地球的半影，半影食就會發生。除非幾乎整個月球處於半影裡面，否則肉眼較難察覺到月半影食的發生。月半影食可再細分為月半影全食 (月全半影食) 和月半影偏食，前者當月球完全進入地球半影但未有進入本影時發生；而後者則於月球部分進入半影時出現。由於半影的闊度跟月球大小相若，月半影全食是較為罕見的。

    注意由於地球本影比月球大，月環食並不可能發生。

    下圖總括各種日月食 :


    [返回問題]

  4. 如下 :

    • 地球看到月全食 : 整個月球可見日全食 ;
    • 地球看到月偏食 : 部分月球可見日全食 ; 其餘部分可見日偏食 ;
    • 地球看到月半影全食 : 整個月球可見日偏食 ;
    • 地球看到月半影偏食: 部分月球可見日偏食 ; 其餘部分沒有日食。 [返回問題]
  5. 上次提到月球-地球面與黃道面的夾角約為 5 度。這兩個平面有兩點相交處，是為 "交點" (見下圖)。從地球看來，太陽每年依黃道公轉一圈，而月球則每月依下圖傾斜了的軌道公轉一次。日食只能夠於太陽非常接近其中一個交點時發生，而太陽由升交點公轉一次至下一次到達升交點所需的時間就是一個 "食年"，長度為 346.62 日。在這期間，太陽將經過交點兩次 (升交點和降交點各一)，每次相距約 173 日。"食季" 為太陽於交點附近的時間 : 如月球在食季中經過交點，食便會發生。每個食季為期 30 至 37 日。由於月球只需少於 30 天的時間便能圍繞軌道公轉一次，我們可以推斷出每個食季內必會發生最少一次食。上文同時適用於日食和月食。


    [返回問題]
  6. 食年只長 346.62 日，比回歸年短 18.6 日，其原因是交點的位置並不是靜止不動，而是每年向太陽移動相反的方向逆行約 19 度。因此，太陽並不需一整 (回歸) 年的時間便可回到升交點了，而食年也因此比回歸年短約 5%。 [返回問題]
  7. 如月半影食也計算在內的話，每年最多可發生 7 次食 (5 次日食和 2 次月食 ; 或 4 次日食和 3 次月食)。我們在關於食季的問題中提到一個食年長 346.62 年，而每個食季最多可有兩次食 (每個食季為期 30 至 37 日，月球交點月少於 30 天)。所以如果該年首次食季較早的話，該年便可最多有 5 次某一款的食 (= 1 + 2 + 2)。另外，如該年有 5 次日食的話，4 次必為日偏食，所以食多並不代表質量高。 [返回問題]
  8. 答案是否定的。如月半影食不計算在內，日月食的比例約為 3:2 ; 如計算月半影食，比例則約為 1:1，但日食數目仍較多。人們容易覺得月食較頻密是由於每次月食的覆蓋面闊 (由於地球在月食期間仍然轉動，超過半個地球的人可以看到)，相對而言只有在非常細小範圍內的人才可看到日全食/環食 (雖然偏食覆蓋範圍不窄，但天空光度需要食分 0.8 以上才會變得明顯較暗)。所以在某一地點觀看到 (大幅度)日食的機會比看到月食的機會為低，但這並不代表日食發生頻率較低。 [返回問題]
  9. 由於月球的平均角直徑比太陽的小，日環食的數目比日全食多。下表列出月球和太陽的角直徑 :

      最大 平均 最小
    太陽角直徑 32' 32'' 31' 59" 31' 28''
    月球角直徑 33' 32'' 31' 05" 29' 23"

    由此可見，月球的角直徑有時會比太陽的大，但平均來說月球是不足以覆蓋整個太陽的。月球現在正以每年 3.8 厘米的速度遠離地球，這將會令月球的角直徑縮小。但是由於遠離的速度甚慢，估計尚需 6 百萬年的時間月球的角直徑才永遠小於太陽的角直徑。換句話說，在我們有生之年是不會因為這個原因而令日全食消失的。

    太陽和月球的角直徑幾乎相等絕對是一個奇妙的巧合，這是由於太陽的直徑為月球的 400 倍，而地日距離平均為地月距離的 390 倍，因此兩者在天上看起來大小相若。 [返回問題]
  10. 這絕對是非常罕見的，亦是那麼多人願意長途跋涉往日食地點觀看這個奇景的原因 (因為在本地可能一輩子也看不到一次中心食 [即全/環食])。天體力學專家 Jean Meeus 基於公元 1700 至 2299 年的日食以統計方法計算出地球某地平均分別每 375 和 224 年可見一次日全食和日環食，如以緯度再作細分，他得到下列結果 :



    例如在北緯 20 度，平均每 364 年可見一次日全食，而每 274 年可見一次日環食。 [返回問題]
  11. 由於日月食牽涉複雜的天體移動和其互相影響，某地的食並不是平均地分布的，而尋找一個週期也是甚難甚至沒有可能的事。以日全食為例，美國本土大陸曾於 1979 年 2 月 26 日可見日全食。雖然美國幅員廣闊，但該次後要等到 2017 年 8 月 21 日才再可看到，兩者幾乎相隔 38.5 年。於 2017 年後，只需 6.5 年後 (於 2024 年 4 月 8 日) 美國本土便可再次看到日全食。由於沒有固定頻率，必須利用準確繁複的計算才能確定某地觀看日食的時間。(但食之出現是有一定的頻率的，例如稍後會提及到的沙羅週期) [返回問題]

    上述提及過的日食: (左) 1979/02/26; (中) 2017/08/21; (右) 2024/04/08。按下它們可以觀看其原大小。
  12. 最後一次我們能於人生中在香港見到的日環食已於 2012 年 5 月 21 日近日出時份發生 (但當天上午香港多雲，我們未能看見環食)。下一次於香港可見的日環食將於 2320 年 5 月 9 日發生，而日全食則更要等到 2881 年 3 月 21 日。此頁載有香港於公元 1501 至 3000 年間的全、環食資料。 [返回問題]
  13. 現時的最長限度為 7 分 32 秒，而這最長時間是隨時間轉變的。長時間的日全食需要下列因素幫助 :

    • 日食需於北半球夏天時發生，因為在這時太陽距離地球最遠，太陽的角直徑也會較小 (季節和那微小的地日距離轉變是沒有關係的)。
    • 月球需於近地點附近，從而提升月球的角直徑。
    • 日食最大食地點越靠近赤道越好，因為月球的公轉方向亦是由西向東，同時地球的旋轉速度於赤道最快，令本影相對於地面的速度降低，從而達至延長全食時間的效果。 [返回問題]
  14. 現時的最長限度為 12 分 30 秒。長時間的日環食需要下列因素幫助 :

    • 日食需於北半球冬天時發生，因為在這時太陽距離地球最近，太陽的角直徑也會較大。
    • 月球需於遠地點附近，從而減低月球的角直徑。
    • 日食最大食地點越靠近赤道越好，原因跟日全食的一樣。 [返回問題]
  15. 視乎你想觀測甚麼，長日環食可能未必是最佳選擇。如果你想觀看一次長的中心食，這當然會符合到你的要求。但是長日環食只會於月球角直徑明顯地低於太陽角直徑食發生，亦即是說被覆蓋範圍會較小，日食附近地點光度轉暗將沒有那麼明顯。

    話說回來，長日環食的日食徑通常會較闊，亦即是說較多地方可以觀看到這個罕見的天文現象。 [返回問題]

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<參考資料>

Last Accessed 最近訪問日期: Tue May 14 2024 21:19:57 HKT
Last Modified 最近修訂日期: Mon Jul 24 2023