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    【太阳系的日食奇观】 梦见日食奇观

    来源:六七范文网 时间:2019-04-07 04:44:04 点击:

      在地球上可以看到壮美的日食奇观。那么,在太阳系的其它天体上能看到日食吗?如果能看到,又是怎样一番景象呢?  地球上每年可发生2至5次日食,其中包括最具观赏性的日全食。然而,你是否知道,相对于太阳系内的其它诸多天体而言,地球,很可能是观察日全食奇观最为合适的地点。
      地球上的日食
      地球上能见到各类表现不一的特殊天象,如日食、月食、地内行星凌星、月掩星、行星合月,等等。其中,以日全食最为壮美,常常会引起公众的广泛关注、兴趣,甚至期待。试想,原本完美无缺的太阳圆面,不意间在边缘上某个地方出现一小块缺损,而随着黑色缺损部分的增大,最后太阳完全变成了一个漆黑的圆盘。圆盘周围会呈现出平时看不见的奇异彩色光芒;天色陡然变黑,居然会骤然出现星空;地面则一片昏暗,凉风习习。几分钟之后,太阳再度现出她耀眼的光芒,并渐而恢复常态。不久前发生的日全食那一幕情景,至今还犹如梦境。
      日食有日全食、日环食及日偏食之分,前两者合称中心食。而各类日食是否出现,取决于月球、太阳和地面观测者之间的相对位置。三类日食中无疑以日全食最具观赏价值,并因其科学意义而为专业天文学家所关注,日环食次之,日偏食更次之。当然,在出现中心食之时,除全食带(或环食带)扫过的少部分区域能看到日全食(或日环食)外,在广大偏食区内只能看到日偏食,而对范围更大的其它地区来说,则完全感受不到地球上正在发生日食。有些日食发生时,地球上只能看到偏食,而看不到中心食——中心食带没有扫过地球表面。
      除了“地球、月球、太阳三者位于一条直线上”的要求外,要能发生日全食或能出现日环食,一个重要前提是,从地球上看,月球的大小、即月球视直径应该与太阳视直径不相上下,而且两者是会变动的——当月球视直径略大于太阳时会发生日全食;当月球视直径略小于太阳时,便只能看到日环食。有时会出现这样一种特殊情况:在同一次日食期间,地球上一些地方能看到日全食,而另外一些地方却能看到日环食,称之为全环食,具体情况取决于观测地所见月球视直径的大小。
      月球的半径约为1740千米,太阳的半径约为696000千米,两者相差400倍左右。另一方面,地月平均距离是384400千米,日地平均距离约1.5亿千米,这两个数字之比亦接近400倍。正是这两个400倍的微妙巧合,使得从地球上看起来,小而近的月球和大而远的太阳显得差不多一样大。月球和太阳的视直径都约为30角分,即缘于此。
      不过,因月球绕地球的运动轨道和地球绕太阳的公转轨道都不是规则的圆形,而是偏心率颇小的椭圆,所以地月距离和日地距离并非一成不变,这就导致不同时间月球和太阳的视直径都有微小的变动。地月距离的变动使月球视半径变化在14’42”~16’50”之间,日地距离的变动则使太阳视半径有15’44”~16’16”的变化范围。因此,从地球上看,有时月球显得比太阳稍大,有时却比太阳略小。前一种情况下,如发生中心食就可能看到日全食,对后一种情况则只能出现日环食。
      现在要问,在太阳系的其它行星上,或者行星的卫星上,能看到类似地球的日全食奇观吗?
      月球上的日食
      月球是离开地球最近的一个天体,那里的日全食又是怎样的情景呢?从条件上说,当地球上发生月食之际,月球上便可看到另类的日食景象——地影扫过月球,月球天空中的太阳被地球遮去。但是,从观测视角来看,地球月食与月球日食的持续时段有所不同。我们不妨从两方面来理解这一点。
      首先,地球上发生月全食时,整个月球都可看到日全食。但是,当地球上见到月偏食时,在月球上被地球本影扫及的部分地区内也可看到日全食,在地球半影所及的区域内可看到日偏食。由此可见,地球月全食与月球日全食并不完全对应。
      其次,从地球上看,整个月球(而不是月球上的某一点)位于地球本影锥内,即从食既到生光的时间全部为月全食时段。从月球上看,一旦观测者所在地点(而不是整个月球)进入地球本影之际,该地的日全食便开始了,并持续到这一观测点移出地球本影为止,而在这之前,一部分月球可能早已移出了地球本影的范围。举例说,如设月球上的观测地点为A,某一时刻A点刚好位于地球月食初亏之处。那么,当地球月食初亏之时,A地即进入地球本影并开始看到月球日全食,一直持续到A地移出地球本影为止,而这时正好是地球月食的生光之际。所以,月球日全食的持续时段既不等于地球月全食(从食既到生光)的长度,也不等于地球上整个月食过程(从初亏到复圆)的长度,而是介于两者之间(对上面例子中的A地是从初亏到生光)。
      从月球中心看,地球的视直径接近2度,远大于太阳的视直径32角分。地球在阳光照耀下所形成的地影(包括本影和半影),要比月影的尺度大得多。根据地球和太阳的大小以及日地问的距离,可算出地球本影锥的长度约为138万千米,并进而推知该本影锥在月球通过处(即白道)的截面圆之直径约为9170千米。如设地球本影锥的中轴线恰好扫过月球中心,则不难推算出月球上观测者所能看到的日全食持续时间最长可超过两个半小时,远远长于地球日全食的最长持续时段7分40秒。当然,要是地球本影扫过月球时,月球位于影锥中轴线的一侧,那么月球日全食的时段就不那么长了。
      因为月球上没有空气,更不会阴云密布,月球日全食不会受天气条件的任何影响。尽管月球日全食时段比地球日全食长得多,但其景象之诱人恐怕远不如地球日全食。需知,地球日全食发生之际,太阳可谓是“恰到好处地”被月球全部遮掩,而月球周围又没有大气层,于是太阳似乎在瞬息间被月球遮去,天色突然问暗了下来,地球人看到了太阳光球外围暗淡的色球、日珥、日冕以至倍利珠,景色之美令人叹为观止。
      而当月球日全食发生时,由于地球视直径比太阳视直径约大了2.7倍,地球可“毫不费力地”把太阳全部遮去且绰绰有余,加之地球周围有一层厚厚的大气,而大气层能折射和散射太阳光,因此恐怕无望欣赏到色球和倍利珠美景,即使在全食始和全食终之际能窥见少许日珥或者外日冕,景色也必定大打折扣。还有,不难想象两个半小时的超长日全食会使人感到相当乏味,假定能在月球上观测的天文学家或许在全食的大部分时段会无所事事。   水星、金星、火星和火卫上的日食
      现在,考虑一下太阳系的其它行星以及这些行星的卫星上的日食。
      水星和金星这两颗地内行星没有自己的天然卫星,因而不可能看到有什么天体会运动到它们与太阳之间,以至把太阳(或者它的一部分)挡住而发生日食,这两颗行星上连日偏食都不可能发生(在金星上有可能看到水星凌日)。也许你可以争辩:在太阳系空间游弋的众多小行星和彗星不也可能挡去金星或水星天空的太阳光吗?事实是小行星太小,彗尾虽然庞大,但物质密度极其稀薄,即使它们碰巧来到这两颗地内行星和太阳之间,并与行星、太阳处于一直线附近,也不可能有效地遮挡阳光而发生日食,充其量也只是会呈现“迷你型”凌日天象。因此,小行星和彗星的作用可以不在考虑之列。
      在太阳系的地外行星中,离太阳最近的一颗是火星,它到太阳的平均距离为2.28亿千米,是日地距离的1.52倍。由此可以推知,从火星上看太阳的视直径约为20.8角分。火星天空的太阳不仅看上去比地球天空太阳来得小,而且亮度不及地球天空中太阳亮度的一半——尽管如此,太阳还是会显得非常明亮。
      火星有两颗卫星,即火卫一和火卫二,它们都呈不规则形,最大尺度分别为27千米和15千米,到火星的平均距离分别为9370千米和23520千米。从火星表面看(火星半径为3400千米),这两颗小卫星视尺度的最大值分别约为15.5角分和2.6角分。可见,一旦太阳、火卫和火星三者位于一直线上而满足发生火星中心食条件时,日全食是不可能出现的。对火卫一也许还可以称得上日环食,但环带的宽度远比地球日环食来得大,观看效果会远不如地球上纤细的日环食(例如,地球日环食时亦可看到倍利珠)。至于火卫二,它所造成的火星中心食恐怕连“环食”也说不上,或许更恰当的称呼应当是“火卫二凌日”;不过这种凌日发生时,日面上火卫二的尺度可达到太阳视直径的八分之一,其景象应该比地球上看到的金星凌日更好看。
      但是,若在火星的两颗卫星上观察,完全有可能看到火星把太阳遮去的天象,权且称之为“火卫日食”。在火卫天空中火星显得相当大,即使从离火星较远的火卫二上看,火星的视直径也可超过8度(在火卫一天空的相应值更超过20度,火星成了庞然大物),为月球上所见地球视直径的4倍,更是当地太阳视直径的24倍。根据上面同样的理由,这样的日全食持续时间会很长,但观赏价值很低。
      还有一种可能是火卫二运动到太阳和火卫一之间,且这三个天体位于一直线上,此时在火卫一上是否能看到因火卫二遮蔽太阳而造成的“日食”呢?在火卫一天空中,火卫二的视直径约为3.6角分,比该地的太阳视直径20.8角分小得多,所看到的天象或可称为“火卫二凌日”,但算不上日食。
      其它行星和卫星上的日食
      其它行星的卫星数量众多,其中一些的日食较有代表性。
      第二颗太阳系地外行星是木星,距太阳约7.8亿千米,是日地距离的5.2倍。从木星上看,太阳的视直径略大于6角分,亮度只及地球天空太阳亮度的3.7%——请不要小看这区区3.7%,它可仍然要比地球上满月月光的亮度大1.5万倍,长时间的裸眼观看恐怕还是不行的。
      在木星的众多卫星中,以四颗伽利略卫星(木卫一、木卫二、木卫三和木卫四)为最大。从木星中心来看,木卫一到木卫四的视直径依次为29.7角分、15.4角分、16.9角分和9.1角分,显然都比当地的太阳视直径6角分大很多。从木星表面看,它们的最大视直径会更大些。因此,这几颗卫星都可以造成木星日全食(当然还有日偏食),但不会出现日环食。不过,鉴于太阳圆面很小,仅为地球天空中太阳圆面的五分之一,木星日全食出现时的观赏效果肯定远不如地球日全食来得激动人心,而且很难观测到美丽的色球和日珥,也许只有木卫四“食”太阳时有可能看到日冕的外围部分。另一颗较大的卫星是木卫五,视直径4.6角分,可以造成木星日环食,但不会造成木星日全食。木星的其它卫星都很小,距木星又很远,即使满足“三点一直线”的条件,也不可能造成木星日食天象。
      在木星的卫星的天空中,木星的视直径因木卫而异,距木星越近,木星便显得越大。在四颗伽利略卫星的天空中,木星的视直径分别为20.1度、12.6度、7.9度和4.5度,都比当地的太阳视直径大很多。如从距木星最近的木卫五上看,木星更可占去卫星天空中的一大半。因此,当然会出现“木卫日食”,不过其实际观测表象只是“大”木星挡住了“小”太阳。尽管此类“木卫日食”的持续时间可以很长,但并无特别值得观赏的景色。
      比木星更远的大行星依次是土星、天王星和海王星,从这些行星上所看到的太阳视直径分别为3.2角分、1.0角分和0.78角分,亮度分别仅为地球天空中太阳亮度的1.1%、0.27%和0.063%。由于在这些行星天空中太阳显得很小,而有些卫星的视直径比太阳更大,一旦满足“三点一直线”的条件时,“行星日全食”是会发生的。以土星为例,在土星天空中土卫三的视直径约为11.7角分,这比当地的太阳视直径3.2角分大得多,可以造成日全食(但不会有日环食),且持续时间较长,不过它们可能比“木卫日全食”更无值得观赏的景色。
      与木星的情况相类似,在这几颗巨行星的卫星天空中,母行星会显得相当大,因行星遮去太阳而发生“日食”是必然的,但此情此景却无可圈可点之处。
      总之,既要能看到日全食和日环食的美景,又要能欣赏到太阳表层大气的结构和活动性特征,如色球、日珥和日冕等,在太阳系中,地球是唯一同时满足所有这些要求的观测地。因此,地球人可算是幸运之极矣!令人感慨的是,假如这样的地点不是在地球,而是在别的什么行星或者卫星上,而那儿又不存在高等智慧生物来观赏、以至研究日全食奇观,岂非是景色资源的极大浪费么?
      要是把思路想得更远些,其它恒星周围行星上的“外星日食”又会怎样?这事现在可说不上来。尽管已发现了数以百计的太阳系外行星,但地球人只是刚刚知晓了这些行星的存在,遑论谈及是否存在发生“外星日食”必须有的“外星卫星”。我们的后人将会对此进行探讨吗?历史将拭目以待。
      (责任编辑:吴蕴豪)

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