在遥远的未来,所有的日食都将是日环食

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      在遥远的未来,所有的日食都将是日环食

      2020年6月21日在台湾南部嘉义看到的日环食。(图片来源:uux.cn/Alberto Buzzola/light rocket via Getty Images)

      据美国太空网(乔·拉奥):10月14日星期六,北美和南美大部分地区的近10亿人将能够观看到新月在太阳和地球之间的轨道上运行,从而创造出最有趣的天体现象:日食。

      这是一次日环食,在日食过程中,人们可以在月亮影像的中点看到一圈阳光。然而,在美国的大部分地区,人们只能看到日偏食。

      在日环食中,太阳永远不会被完全隐藏(就像在日全食中一样),因为在10月14日,月亮将经过远地点4.5天,远地点是它轨道上离地球最远的点。日食当天的新月将在246,707英里(397,037公里)之外。因此,它的黑暗阴影锥的顶端无法与地球接触近12,000英里。因此,就像把一便士放在一枚镍币上一样,月亮的圆盘会显得太小,无法完全遮住太阳。月亮覆盖的太阳宽度的大小或分数,意味着4.8%的宽度显示了周围的一切。

      从日食路径在北太平洋上空开始的那一刻起,它就沿着东南轨迹滑动,在太平洋夏令时上午9点15分到达俄勒冈州海岸。在接下来的46分钟里,从俄勒冈到德克萨斯州的九个州的部分地区都可以看到环状相;阴影路径的平均宽度为127英里(204公里)。

      沿着日食路径中心的环形持续时间将从俄勒冈州太平洋海岸的4分34秒稳步增加到德克萨斯州海湾海岸的5分2秒。将经历“火环”效应的城市包括俄勒冈州尤金市、内华达州温尼穆卡市、新墨西哥州阿尔伯克基市、新墨西哥州圣安东尼奥市和德克萨斯州科珀斯克里斯蒂市。

      离开德克萨斯州后,日食路径将穿过墨西哥的尤卡坦半岛,然后穿过中美洲(最大的日食发生在尼加拉瓜南部海岸附近的加勒比海),然后进入哥伦比亚中南部,穿过巴西北部,最后在南大西洋的开阔海域结束。

      比较日全食和日环食就像比较白天和黑夜。伴随着日全食的一系列现象是引人注目的,天文学家将环游半个世界去观察和体验它们。

      日环食不像日全食:天空不会变得比深度日偏食更暗;太阳辉煌的日冕,以及色球和阴影带等“边缘效应”无法出现。然而,这仍然是一个壮观的景象,爱好者会去任何对他们来说最容易到达的地方。

      然而,总有一天,日全食的现象将变得不可能,因为从地球上看,月球的表观角尺寸太小,无法完全覆盖太阳的圆盘。

      不断变化的天体几何学

      在遥远的未来,所有的日食都将是日环食

      月球轨道相对黄道倾斜5度,在空间产生两个点,称为交点,轨道平面在此相交。(图片鸣谢:uux.cn/克里斯·沃恩)

      月球以椭圆形轨道绕地球运行。在离地球绝对最近的地方(近地点),月球可以接近221,439英里(356,371公里)以内,而离地球绝对最远的地方(远地点)是252,724英里(406,720公里)。地球到月球的平均距离是239,071英里(384,748公里)。

      为了让月全食发生,月球的阴影锥必须接触到地球表面。当本影落在地球上时,它实际上是阴影锥的顶端,而且在大多数情况下,阴影的平均宽度约为80英里(130公里)。在阴影内的任何地方,都将经历日全食,黑暗的月亮圆盘完全覆盖了太阳圆盘。

      但月球阴影的圆锥——一般来说——平均长度只有235,000英里(378,000公里)。

      这比月球到地球的平均距离还短。

      这就是为什么,当一轮新月直接从地球和太阳之间经过时,如果——一般来说——它距离地球超过235,000英里(378,000公里),黑暗的本影尖端将无法与地球接触;取而代之的是,一种被称为安本影的“负面阴影”产生了,从这种阴影中——就像10月14日的情况一样——可以看到日环食的奇观。

      幸运的是,在这个特殊的历史时刻,有时新月会比平时更靠近地球,在这种情况下,它的阴影会到达地球,产生日全食。

      日全食的最终灭绝

      从1969年7月到1972年12月,12名阿波罗宇航员在月球表面留下了一系列激光反射器。从那时起,地球上的天文学家就经常从这些反射器上反射激光。通过记录这些激光脉冲的往返时间,可以非常精确地测量出月球的距离。对这些测量结果的分析表明,月球到地球的平均距离正在以每年1.5英寸(约3.8厘米)的速度增加。

      为什么会这样?

      月球的运动受到太阳引力的强烈干扰,在较小程度上也受到行星和地球引力的干扰。由于潮汐的影响,月球正慢慢远离地球,螺旋向外,并上升到一个更远的轨道。当然,随着月球逐渐远离,它的表观尺寸逐渐变小,直到最后它会到达一个点,在这个点上它的阴影锥会太远而无法到达地球,从而阻止了日全食的发生。

      着名的天体计算器让·梅乌斯在他的书《更多的数学天文学碎片》(威尔曼-贝尔公司,2002年)中说,月球目前以每世纪12.5英尺(3.8米)的速度从地球后退,这一速度是否会保持不变值得怀疑。如果是这样的话,要过12.1亿年,日全食才有可能发生。

      然而,如果我们也考虑到地球轨道的偏心率(形状)变化的速度比月球距离缓慢、逐渐增加的速度更快,我们可能就不用等那么久了。

      “因此,”梅乌斯指出,“从未来的6.2亿年到12.1亿年,将会有日全食可能和不可能交替出现的时期,直到最终日全食永远不可能出现。”

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