怎样同光路图解释日食的形成原因?以及日全食,日偏食,日环食之间的区别.

Question

怎样同光路图解释日食的形成原因?以及日全食,日偏食,日环食之间的区别.

Answer 1

日食是怎样形成的?
所谓"食"就是指一个天体被另一个天体或其黑影全部或部分掩遮的天文景象.日食主要有日全食、日偏食及日环食三种.日食发生的原理是地球上的局部地区被月影所遮盖而造成的.日食必发生在朔日,即农历的初一（朔）.这是因为只有在那一天,月亮才会出现在太阳与地球之间的连线上,这样才有可能使月球挡住太阳而形成日食.同样地,月食一定出现在望日,即农历十五.
大家可能会问,为什么不是每个月的初一都会有日食,还有,为什么不是每个月的十五都会有月食呢?这是因为除了上面的条件外,影响日食和月食出现的还有其他一些因素.我们把地球围绕太阳公转的轨道称为黄道,把月球围绕地球公转的轨道称为白道.黄道平面与白道平面不是相同的,它们之间平均有5°09′的夹角,并且随时发生变化.只有当月球运行到黄道和白道的升交点和降交点附近时,才会发生日食.
日食的种类
日食共有三种,即：日偏食、日环食和日全食.月球遮住太阳的一部分叫日偏食.月球只遮住太阳的中心部分,在太阳周围还露出一圈日面,好象一个光环似的叫日环食.太阳被完全遮住的叫日全食.这三种不同的日食的发生跟太阳、月球和地球三者的相互变化着的位置有关,并且也决定于月球与地球之间的距离变化.
月球比太阳小得多,它的直径大约是太阳直径的四百分之一,而月球与地球间距离也差不多是太阳与地球间距离的四百分之一,所以从地球上看,月亮与太阳的圆面大小差不多相等,因而能把遮住而发生日食.
地球公转和月球公转轨道都是椭圆,不论是太阳与地球间距离,还是月球与地球间距离,并不是固定不变的,而有时比较远,有时又比较近,因此月球本影的长短也不一样,月球本影最长时有379660公里,最短时为367000 公里,而地球与月球之间的距离最近时为356700公里,最远时达406700公里.如果某个时刻月球本影比地球与月球之间的距离大,地球上被月球本影扫过的地带就可以看到日全食.如果月球本影比地球与月球之间的距离小,月球本影的尖端到不了地球的表面,那么在影尖延长出来的小影锥（叫伪本影）扫过的地带可以看到日环食.被月球半影扫过的地带均可以看到日偏食,在偏食区内离全食区越近,偏食的程度就越大.月球本影和半影没有扫过的地方,根本看不见日食.
以下是本世纪（1901-1999）发生全世界范围内日食的次数：
种类 次数
日偏食 78
日环食 73
日全食 71
混合食 6
总计 228
日食的过程
日食的过程可分为五个阶段,而只有日全食才拥有全部过程,日偏食和日环食则没有食既和生光.初亏：太阳与月球第一次外切,太阳光球西面刚切入月球东面的时刻.食既：太阳与月球第一次内切,太阳光球刚完全被月球掩蔽的时刻.食甚：月球中心与太阳中心距离最小的时刻.生光：太阳与月球第二次内切,太阳光球刚从月球西面露出来的时刻.复圆：太阳与月球第二次外切,太阳光球刚完全离开月球背后的时刻.初亏、食既、生光和复圆又分别称为第一、第二、第三、第四接触.
日食的规律与周期
由于地球绕太阳和月亮绕地球的公转运动和黄白交点的移动都是有规律的,所以相隔一定的时间就会发生一次大致类似的日、月食.早在古代,巴比伦人就根据对日食和月食的长期统计,发现了日、月食的循环周期为233个朔望月,也就是18年11又1/3日,即沙罗周期.
如何观测日食?
观测日食,不要用眼睛直接正对着太阳观看.几十年前,就因为直接用眼睛看日食,德国有几十人双目失明!直接用眼睛看早日食为什么会伤害眼睛甚至使人双目失明?原来太阳光以及其中看不见的红外线中包含大量的热能,被物体吸收后会产生大量的热.大家都有这样的体会,用眼睛直接看太阳,即使只看短短的一刹那,眼睛就会受到很大的刺激,好久好久眼前一片昏暗,很难恢复过来,这是因为眼睛里有一个水晶体,它能起聚光镜的作用.对准太阳看,太阳的热能被它聚集在眼底的视网膜上,就会觉得刺眼；如果经过一些时间后,视网膜就会被烧伤而失去视力.在发生日食时,大部分时间都是偏食,月亮只挡住了一部分太阳,剩下的部分仍然和平常一样,所以直接用眼睛看的时间长了,同样会烧伤眼晴的.通常可用一块涂了黑的玻璃放在眼睛前面看（或者把玻璃放在烟火上面熏黑）.墨层的厚度要均匀,能使眼睛透过它而看到太阳成为古铜色,看上去既不刺眼,又能看清楚.有时也把加了墨汁的水倒人盆中,观看映在水中的太阳.也有的拿完全曝光的相片底片,几个叠在一起观看.用望远镜观看的人,必须在镜片前加上滤光片,原理也同样是为了减弱太阳光, 使它不致烧伤眼睛.但无论如何绝对不能把眼睛凑近望远镜直接去看太阳,否则就会把你的眼晴烧伤.在不观测时,不要将望远镜或相机指向太阳,并须盖上镜头盖,以免镜头过分吸热,导致爆裂.
更详细图片见：http://dasai.panyu.gd.cn/044/trrishi.htm
参考资料：http://dasai.panyu.gd.cn/044/trrishi.htm