若干年后就看不到日全食了?且看且珍惜!

作者:物质第四态来源:蝌蚪五线谱发布时间:2017-08-29

还好不是有生之年。

       在即将过去的8月,一场日全食刚刚光顾了美国,给美国人民带来了一场全国范围的天文盛宴。

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图1-日全食过程示意图(来源见水印)

 

       8月21日,从美国西海岸的俄勒冈州到东海岸的南卡罗莱纳州,日全食沿着一条宽度约为110公里的日全食带横跨了美国的14个州。对于近日的这场盛大的视觉盛宴,美国民众十分兴奋,开启了万人空巷模式,全民出门看日全食。科学家们也抓住日全食的时机,对太阳进行科学观测。为了取得更好的观测效果,他们甚至动用了喷气式飞机和高空气球。

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图2-8月21日美国日全食发生时的太阳(来源:wikipedia.org)

 

       能够亲眼见证这次日全食的人是幸运的,因为这种黑夜和白天在几分钟内交替的天文奇观,将在未来的某一天消失。

       相信大部分读者都了解,日全食的发生,是因为月球恰好挡在了太阳和地球之间。而金星、水星这两颗大行星有时也会正好出现在地球与太阳的正中间,天文学将这种现象称为“金星凌日”和”水星凌日“。虽然金星、水星的半径和体积都比月球要大,但当凌日发生时,我们在地球上几乎感受不到它们对太阳光的遮挡。如果要观测这两种天文现象,还要借助望远镜等特殊工具。

       月球之所以能以较小的身躯完成遮蔽阳光的壮举,是因为它与地球的距离比金星和水星小的多。这与我们生活中的直觉是相吻合的:驾驶家用轿车在路口等红绿灯时,停在车前的厢式小货车就可以挡住前方很大一片视野。而当我们以百米左右的正常车距在高速路上行驶时,即便前车是巨无霸式的大货车,也不会遮挡太多视野。即便是月球本身,如果处于地球和太阳间时,恰好处于轨道上离地球较远的远地点,也无法完成完全遮挡太阳的任务。这时,地球上的人们看到的不再是日全食,而是日环食:太阳的中心部分黑暗,边缘仍然明亮,形成光环。

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图3-月球处于远地点时,无法完全遮挡住太阳,就会发生日环食(来源 Wikipedia.org)

       当阿波罗飞船搭载宇航员登上月球时,他们在月球上安装了可以高效反射激光的反射器。在那之后,地球上进行天体测量研究的天文学家们就可以利用射向月球后被反射回来的激光,精确地测定地球和月球间的距离。而测量结果表明,月球正在以每年3.8厘米的速度远离地球。

       月球为什么会与我们的地球渐行渐远?其实,这是地球自转与月球公转相互作用的结果。月球围绕地球公转一圈大概需要27.3天,而地球自转一圈的时间只有24小时,比月球公转一圈的时间要短得多。地球上海洋的涨潮和落潮,一部分动力来自于月球的引力。而潮汐现象除了能让地球上的海岸地区感受到海浪的变化外,还会在地球和月球间交换角动量。随着角动量的交换,地球的自转变慢,月球的公转变快。为了使月球受到的引力和月球公转的离心力平衡,月球的公转轨道半径就要增加,因此才有了月球远离地球的现象。如果你用高精度的原子钟进行测量,会发现地球上一天的时间每年会增加15微秒(1秒=100万微秒),这便是地球自转变慢的结果。在我们的时间系统中,需要定期加入闰秒修正这个偏差。

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图4-DSCOVR卫星拍摄的地球与月球的合影 (来源 nasa.gov)

       根据科学家的计算,在650万年后,人类将目睹最后一次日全食。之后,月球就再无法彻底在天空中遮挡住太阳,日全食这个天文现象也会成为历史。

       不过,考虑到650万年后科技的发展程度,说不定那时候聪明的人类会想个什么办法把月球搬回来,好继续看日全食呢!

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