日食巧合

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本文发表于《大众科学》的前博客网络,反映了作者的观点,不一定反映《大众科学》的观点


环食(图片来源:sancho_panza)

当本周日太阳被月球遮蔽时,对于世界上许多地方的观测者来说,太阳将被暂时替换为一个美丽的火环——一个围绕黑暗月盘边缘探出的明亮恒星等离子体环。这种情况并非总是发生,日偏食仅仅是削去太阳盘的一部分,而真正的日全食则完全遮蔽了太阳的可见表面。这一切都取决于太阳、月球和地球之间的对齐以及我们彼此的轨道运动。

月球如此接近完美地遮蔽太阳,这真是一个有趣的巧合,因为实际上并没有物理原因必须如此。月球恰好比太阳小约 400 倍,但太阳恰好比月球离地球远约 400 倍。因此,简单的几何学告诉我们,月球的视盘几乎与太阳的视盘大小完全相同。当然,这种匹配并非总是完全相同,地球以适度非圆形的椭圆路径绕太阳运行,因此我们最近和最远的距离(近日点和远日点)相差约 3.3%。月球的轨道在我们近点和远点之间也有大约 10% 的差异,因此,当日球和月球的视大小发生变化时,日全食的精确程度也会略有变化。本周日,距离变化共同作用,使月球看起来是太阳大小的 94.4%。


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然而,从更长的时间尺度来看,地月系统并非静态。潮汐驱动的这两个天体轨道和自转的演化导致了许多结果。首先,正如我们所知,月球的自转速率与其轨道周期相匹配,因此它始终以同一面朝向地球(除了一些小的天平动)。其次,由于地球的自转速度快于月球的轨道速度,因此地球上产生的潮汐隆起会拉动滞后的月球,逐渐抬升其轨道并减慢我们的自转速度。每年,月球的轨道增长约 3.8 厘米,我们的一天延长约 0.000015 秒。

按照目前的速度,大约在 5000 万年后,月球将永远无法完全遮蔽太阳,它在天空中看起来会太小。这种轨道演化也意味着,在遥远的过去,日全食就是真正的日全食——完全从视野中抹去太阳。很有可能,有科学头脑的霸王龙从未见过日食中的火环或贝利珠

那么,我们人类恰好生活在月球和太阳在我们天空中看起来几乎一样大的时代,这有什么重大的意义吗?不,我们只是碰巧处于一个大约有 1 亿年宽的机遇窗口期,没有什么特别明显的,只是相当幸运。

日食路径,从地球的一侧到另一侧(图片来源:NASA)

 

 

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