地球概论-日月食

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1、日食和月食Solar And Lunar EclipsesPresented by Group 6内容总览内容总览1.1.日月食与天体影锥（杨淑琪）日月食与天体影锥（杨淑琪）2.2.日月食的种类（张成媛）日月食的种类（张成媛）3.3.日月食的过程（徐雯婷）日月食的过程（徐雯婷）4.4.日月食的条件（钟晓萌）日月食的条件（钟晓萌）5.5.食限（李艺莹）食限（李艺莹）6.6.食季（李玉芳）食季（李玉芳）7.7.日月食的周期（朱伊奇）日月食的周期（朱伊奇）日月食和天体影锥1主讲人：杨淑琪主讲人：杨淑琪（1）日月食日食：日食：月球运动到太阳和地球中间，月球的月球运动到太阳和地球中间，月球的影子落在地球

2、上，这是发生日食现象。影子落在地球上，这是发生日食现象。月食：月食：地球背着太阳的方向有一条阴影，月地球背着太阳的方向有一条阴影，月球运行至地球的阴影部分时，发生月食。球运行至地球的阴影部分时，发生月食。日、月、地三者恰好或几乎呈一条直线。日、月、地三者恰好或几乎呈一条直线。地 日食和月食是一种壮观的天象，也是一种短暂日食和月食是一种壮观的天象，也是一种短暂而无危害的自然现象。而无危害的自然现象。（2）天体影锥图1.天体的影子：本影、半影和伪本影本影：在太阳照射下，地球和月球在背太阳方向，都拖着一条很本影：在太阳照射下，地球和月球在背太阳方向，都拖着一条很长的影子，它们影子的主要部分，是一个以

3、其顶端背向太阳的会长的影子，它们影子的主要部分，是一个以其顶端背向太阳的会聚圆锥，叫做本影。聚圆锥，叫做本影。易知：易知：BMOBMO相似于相似于CSM CSM 由相似三角形性质可知：由相似三角形性质可知：(AS-BM)/MS=BM/MO(AS-BM)/MS=BM/MO 即：即：MO=(BMxMS)/(AS-BM)MO=(BMxMS)/(AS-BM)因为因为ASAS和和BMBM是常数，所以本影的长度取决于是常数，所以本影的长度取决于MS(MS(太阳和太阳和月亮之间的距离月亮之间的距离)。天体的半径越大、距离越远，其本影越长。天体的半径越大、距离越远，其本影越长。地球本影平均长度：地球本影平均长

4、度：1377000km1377000km新月时，月本影的平均长度为新月时，月本影的平均长度为374500km374500km，略小于月地平均距离略小于月地平均距离384400km384400km半影：本影周围的一个黑暗与光明过渡的区域，一个比本影大得半影：本影周围的一个黑暗与光明过渡的区域，一个比本影大得多的发散圆锥。可得到部分太阳光辉。多的发散圆锥。可得到部分太阳光辉。伪本影：在半影内、本影影锥的延伸部分，是一个与本影同轴而伪本影：在半影内、本影影锥的延伸部分，是一个与本影同轴而反向的发射圆锥，叫伪本影。反向的发射圆锥，叫伪本影。半影和伪半影的不同部分，明暗程度不同；愈接近本影，愈阴暗；半影

5、和伪半影的不同部分，明暗程度不同；愈接近本影，愈阴暗；离本影愈远，日轮被遮蔽程度愈小，愈明亮。离本影愈远，日轮被遮蔽程度愈小，愈明亮。日月食的种类2主讲人：张成媛主讲人：张成媛（1）日食的种类日全食日全食日偏食日偏食日环食日环食中心食中心食u日全食：月球本影笼罩的地面；日全食：月球本影笼罩的地面；u日偏食：月球半影笼罩的地面。日偏食：月球半影笼罩的地面。u日环食：月球伪本影笼罩的地面；日环食：月球伪本影笼罩的地面；在同一时间，中心食和偏食发生在地球上的不在同一时间，中心食和偏食发生在地球上的不同地区。同地区。（1）日食的种类（2）月食的种类月全食月全食月偏食月偏食u月全食：月球全部隐入地球本影

6、；月全食：月球全部隐入地球本影；u月偏食：月球部分进入地球本影。月偏食：月球部分进入地球本影。无论月全食还是月偏食，全球（夜半球）各地同时看到同类的月食。（2）月食的种类（3）为什么没有月环食？因为在月球轨道距离处，地本影截面远比月轮大得多。因为在月球轨道距离处，地本影截面远比月轮大得多。地地 球球 伴伴 影影 地地 球球 伴伴 影影日日地地地本影地本影伪本影伪本影月球进入地球半影时，并不发生食，因为半影内能得到部分月球进入地球半影时，并不发生食，因为半影内能得到部分太阳光辉，它仍照亮整个月面，只是亮度变得稍暗，月轮保太阳光辉，它仍照亮整个月面，只是亮度变得稍暗，月轮保持不缺。这种现象叫做半影

7、食。持不缺。这种现象叫做半影食。日月食的过程3主讲人：徐雯婷主讲人：徐雯婷（1）日食的四种食相初亏：月轮东缘同日轮西缘相外切，日偏食开始。初亏：月轮东缘同日轮西缘相外切，日偏食开始。食既：月轮东缘同日轮东缘相内切，日全食开始。食既：月轮东缘同日轮东缘相内切，日全食开始。生光：月轮西缘同日轮西缘相内切，日全食结束。生光：月轮西缘同日轮西缘相内切，日全食结束。复圆：月轮西缘同日轮东缘相外切，日偏食结束。复圆：月轮西缘同日轮东缘相外切，日偏食结束。（1）日食的四种食相添加标题日地ABCD（2）食甚和食分食甚：月轮中心与日轮或地本影截面中心最接近的瞬间。食甚：月轮中心与日轮或地本影截面中心最接近的瞬间

8、。食分：以日轮和月轮的视直径为单位。食分：以日轮和月轮的视直径为单位。偏食食分：偏食食分：0X10X1全食食分：全食食分：X1X1同一日食，各地所见的食分和见食时间可以是不同的；同一日食，各地所见的食分和见食时间可以是不同的；同一月食，若见到全过程，各地食分和见食时间都相同。同一月食，若见到全过程，各地食分和见食时间都相同。日月食的条件4主讲人：钟晓萌主讲人：钟晓萌日食的条件日食的条件是是地球位于月球的背日方向地球位于月球的背日方向（即月影所在的方向）（即月影所在的方向）从而位于从而位于日月连线日月连线的延长线上。的延长线上。月食的条件月食的条件是是月球位于地球的背日方向月球位于地球的背日方向

9、（即地影所在的方向）（即地影所在的方向）从而位于从而位于日地连线日地连线的延长线上。的延长线上。当月亮轨道上绕行到太阳和地球之间，月亮的阴暗的一面对着地球，这时叫朔，此时是农历每月的初一。当月亮绕行至地球的后面时，被太阳照亮的半球对着地球，这时叫望，一般发生在农历的每月十五或十六。但逢朔未必发生日食，逢望未必发生月食。这是因为，白道和黄道之间有59的交角（黄白交角），而月轮和日轮的视直径只有0.5左右。发生日食的条件发生日食的条件概括来说，日食的条件是日月相合于黄白交点或其附近。概括来说，日食的条件是日月相合于黄白交点或其附近。发生日食的条件，决定于朔日太阳离开交点的角距离最多不能发生日食的条

10、件，决定于朔日太阳离开交点的角距离最多不能超过某一个角度。这个角度，叫做日食限。超过某一个角度。这个角度，叫做日食限。据计算，当日月结合时，日食的最大和最小的限角是：据计算，当日月结合时，日食的最大和最小的限角是：日偏食的最大限角为日偏食的最大限角为17179 9，最小限角为，最小限角为15159 9。日中心食的最大限角为日中心食的最大限角为11115 5，最小限角为，最小限角为10101 1。发生月食的条件发生月食的条件概括来说，月食的条件是日月相冲于黄白交点或其附近。概括来说，月食的条件是日月相冲于黄白交点或其附近。发生月食的条件，决定于望日太阳离开交点的角距离最多不能发生月食的条件，决定

11、于望日太阳离开交点的角距离最多不能超过某一角度。这个角度，叫做月食限。超过某一角度。这个角度，叫做月食限。据计算，当日月相冲时，月食的最大和最小限角是：据计算，当日月相冲时，月食的最大和最小限角是：月偏食的最大限角为月偏食的最大限角为11119 9，最小限角为，最小限角为10101 1。月全食的最大限角为月全食的最大限角为6 60 0，最小限角为，最小限角为4 41 1。食限5主讲人：李艺莹主讲人：李艺莹（1）定义食限食限食限，天文学用语。食，通食限，天文学用语。食，通“蚀蚀”。指日、月食发生所必须具备的日月指日、月食发生所必须具备的日月地三者的相对位置满足一定的界限。地三者的相对位置满足一定

12、的界限。日食、月食的发生，要求日食、月食的发生，要求太阳对于黄太阳对于黄道面和白道之间的交点的角的距离不道面和白道之间的交点的角的距离不能超出一定的限度能超出一定的限度，此限度叫，此限度叫“食食限限”。在此限度上，太阳圆（或地球。在此限度上，太阳圆（或地球本影的截面）同月球圆面在天球上相本影的截面）同月球圆面在天球上相互外切。互外切。定义 计算思考：1.选取什么坐标系进行计算？2.计算思路和公式？3.最终值是确定的吗？I（2）计算现代天文学中有两种途径可以帮助我们进行食限的推算：现代天文学中有两种途径可以帮助我们进行食限的推算：1.1.推算月亮的推算月亮的黄经黄经。2.2.考察月亮的考察月亮的

13、黄纬黄纬。通常我们可以根据通常我们可以根据合朔时刻合朔时刻（日月的黄经差等于零）月亮的（日月的黄经差等于零）月亮的平黄纬平黄纬（平均黄纬）或者月亮与黄白交点的（平均黄纬）或者月亮与黄白交点的黄经差黄经差,判断可判断可能发生日食的情况。而任意给定时刻月亮与黄白交点的黄经能发生日食的情况。而任意给定时刻月亮与黄白交点的黄经差和月亮的黄纬是可以互求的。差和月亮的黄纬是可以互求的。I如图如图,点点K K、Q Q分别表示黄极、黄白道交点。分别表示黄极、黄白道交点。SMKSSMKSM M表示过点表示过点M M的黄经圈。的黄经圈。月亮、月亮、太阳太阳分别位于点分别位于点M M、S(S(或点或点M M、S S

14、)为为“朔朔”；月亮、太阳分别位于点月亮、太阳分别位于点M M、S S(或点或点M M、S)S)为为“望望”。设设=MS=MS、=SQ=SQ分别表示月亮分别表示月亮M M的黄纬、月的黄纬、月亮亮M M与黄白道交点与黄白道交点Q Q的黄经差的黄经差,MQS=I,MQS=I表示表示黄白大距。黄白大距。于是于是,在在MSQMSQ中中,有有tan=sintan=sintanItanI只要知道只要知道,就可以根据公式就可以根据公式,计算出计算出。I（2）计算（2）计算（3）主要影响因素黄白黄白交角交角太阳和月太阳和月球的视半径球的视半径当时的日地距当时的日地距离和月地距离离和月地距离（4）数值日食限（角

15、）日食限（角）月球公转周期短，在一个朔望月内要通过升、降交点各一次。太阳在黄道上视行周期长，在一个回归年内才通过升、降交点各一次。如果月球在交点附近，而太阳离交点甚远，虽然在朔日，也不会有日食发生。所以，发生日食的条件，决定于朔日太朔日太阳离开交点的角距离最多不超过某个角阳离开交点的角距离最多不超过某个角度度。这个角度，叫做日食限（角）。地球概论讲义 王宏志请在此输入您的标题请在此输入您的文本。日食限角并日食限角并不是一个固定不变不是一个固定不变的数值。的数值。原因原因:1.1.日地距离日地距离和和月地距离月地距离都总是在一定范围都总是在一定范围内内变化变化的，太阳、月球的的，太阳、月球的视半

16、径视半径也就有相也就有相应的变化；应的变化；2.2.黄道和白道交角黄道和白道交角为为5 599，这只是一个，这只是一个平均数值，其平均数值，其变化变化范围在范围在4 45858至至5 52020之间。之间。日食限角也在一定的范围内变化着。日食限角也在一定的范围内变化着。朔日时，只有在太阳距黄白交点东西各朔日时，只有在太阳距黄白交点东西各17175454范围以内的情况下，才有可能发范围以内的情况下，才有可能发生日食。如果在朔日时，太阳位于距黄白生日食。如果在朔日时，太阳位于距黄白交点东西各交点东西各15155454以内，将必定有日食以内，将必定有日食发生。发生。地球概论讲义 王宏志所以，日食限角

17、的所以，日食限角的最大值为最大值为17175454，最小值为最小值为15155454。月食限（角）月食限（角）发生月食的条件取决于望日望日太阳离开交点的角距离最多太阳离开交点的角距离最多不能超过某一个角度不能超过某一个角度，这个角度叫做月食限（角）。地球概论讲义 王宏志（4）数值请在此输入您的标题月食限角的数值也是在一定范围内月食限角的数值也是在一定范围内变化变化的。的。月偏食最大限角为月偏食最大限角为11115454，最小，最小限角为限角为101000；月全食最大限角为月全食最大限角为6 600，最小限，最小限角为角为4 466。日月相冲时，若太阳恰好在距黄白日月相冲时，若太阳恰好在距黄白交

18、点交点11115454的范围之内，则可能的范围之内，则可能发生月食；发生月食；若太阳在距黄白交点若太阳在距黄白交点101000的范的范围之内，则必定会发生月食现象。围之内，则必定会发生月食现象。地球概论讲义 王宏志（5）对日月食发生的影响日食限角日食限角的数值的数值大于大于月食限角月食限角食限食限日食发生的机会，日食发生的机会，要比月食多。要比月食多。食季食季食季6主讲人：李玉芳主讲人：李玉芳 月球是频繁地（每月二次）经过黄白交点的，全年月球是频繁地（每月二次）经过黄白交点的，全年计计24-2524-25次；而太阳需隔半年才来到交点一次。次；而太阳需隔半年才来到交点一次。太阳经过食限的这段时间

19、，就被叫做食季。太阳经过食限的这段时间，就被叫做食季。食季的长短主要取决于食季的长短主要取决于食限食限的大小。食限愈大，食季就愈长。的大小。食限愈大，食季就愈长。综上所述，我们可以把一年中日、月食所可能发生的次数归纳如下：一年中日、月食最少有两次最少有两次，而且这两次都是日食日食；一年中可能一次月食都不会发生可能一次月食都不会发生（如1980年）；一年中日、月食最多可以有七次最多可以有七次：五次日食和两次月食五次日食和两次月食（例如1935年），或者是四次日食和三次月食四次日食和三次月食（例如1917年和1982年）。一般说来，最常见的情况是一年中有四次日、月食四次日、月食：两次日食和两两次日

20、食和两次月食次月食。以上情况是针对全地球全地球来说的。至于对地球的某个地点而言，一年内能看到日、月食的机会就要少得多。就全球而言，发生日食的次数比月食要多。但对一地而言，见到月食的次数远多于日食。原因？日月食的周期7主讲人：朱伊奇主讲人：朱伊奇（1）日月食循环周期作为一种由地球与月球的周期性公转运动和黄白交点的周期性规律移动所导致的天文现象，日食与月食的发生具有一定的周期性，每相隔一定的时间就会发生一次大致类似的日、月食，这段时间就叫做日月食循环周期。（1）日月食循环周期1.1.三统历周期三统历周期中外天文学家们早在古代就已经记载了大量有关日月食的记录，并对日月食的周期进行了深入的研究，提出了

21、多种日月食循环周期作为预报日月食发生的手段。2.2.沙罗周期沙罗周期这里主要介绍以下两种日月食循环周期：（2）三统历周期三统历起源于西汉时期，是现存中国古代历法中最早载有交食计算术文的一部历法，其中的计算技术是以一种交食周期（即三统历周期）为基础建立的。交食周期的长度：交食周期的长度：135135个朔望月（个朔望月（3986.633986.63日）日）近似相当于11.5个食年或145个近点月。三统历周期反映的是日月食的共同周期，它使三统历在理论上具备了推算日食与月食的功能。（3）沙罗周期沙罗周期是在约2500年前由古巴比伦人所创造的概念。古巴比伦人根据对日食和月食发生情况的长期统计，发现日食和

22、月食存在一个长度为223个朔望月的系列重复出现周期，这个周期便被称为“沙罗周期”。沙罗周期的长度：沙罗周期的长度：6585.326585.32日日相当于223个朔望月（6585.32日）几乎相当于242个交点月（6585.35日）约略相当于239个近点月（6585.55日）约略相当于19个食年（6585.78日）一个沙罗周期约合18年11.32日（18年中有4个闰年）或18年10.32日（18年中有5个闰年）（3）沙罗周期（3）沙罗周期一个沙罗周期内所含日、月食的次数与种类大致相同，平均含有71次交食，其中日食43次，月食28次。经过一个沙罗周期之后，太阳、月球与黄白交点三者的相对位置以及月地

23、距离恢复到与一个沙罗周期之前相同的状况，进而出现近乎相同的天象，上一个周期内的日月食系列又重新出现。然而，然而，沙罗周期的长度不是一个整数日沙罗周期的长度不是一个整数日，所以，所以在经过在经过一个沙罗周期之后，对应的二次一个沙罗周期之后，对应的二次日、月食不会发现在日、月食不会发现在同一时刻，且出现的地点和食相会有所变化同一时刻，且出现的地点和食相会有所变化。例如，1991年7月11日，发生了一次月全食，掩食带穿过拉丁美洲及太平洋地区。往前推18年零11天，1973年6月30日发生了一次日全食，那次日全食的掩食带横穿了非洲大陆。往后推一个沙罗周期的时间，2009年7月22日也发生了一次日食，这

24、就是发生在中国长江流域的日全食。（3）沙罗周期沙罗周期只反应了太阳、月球和黄白交点三者的相对位置以及月地距离的周期性变化情况，不能代替日、月食的具体推算。1.沙罗周期没有包含同日、月食有关的全部因素。2.沙罗周期的简单规律性没有绝对的意义。（3）沙罗周期1 唐泉 日食与视差M.科学出版社,2006:4649.2 曲安京,唐泉 中国古代日食食限与食分算法J.中国科技史杂志,2008.4(29):121123.3 曲安京 授时历的白赤道坐标变换法J.自然科学史研究,2003.4(22):6871.4 张元东 日月食的周期规律J.天文爱好者,2008.5:2829.5 石云里,邢钢 中国汉代的日月食计算及其对占星观的影响J.自然辩证法通讯,2006.2:7981.参考文献PPT整合：朱伊奇第六小组课程展示到此结束，第六小组课程展示到此结束，感谢您的专注倾听！感谢您的专注倾听！Thank you for your listening!