【备战月全食科普系列#1】关于月食，你不可不知的那些事

2022年11月8日，星期二，本年度最精彩的天象——月全食将如约而至！届时我国大部地区可于傍晚得见带食月出，而东部地区包括威海及山东省大部均可观测欣赏到本次月食全过程！

上图：11月8日月全食全球见食区域图（图源：有趣天文）

关于本次月全食的详细信息与观测拍摄方法等我们将在后面几天连载介绍。今天，先来聊聊月食背后的科学知识——关于月食，你不可不知的那些事。

1、 月食发生的原因：

现代人类已然了解，月食并非什么“天狗蚀月”的可怖事件，而是由于地球将直射至月球的日光部分或全部遮挡而发生的自然天象。其实早在汉代，我国科学家张衡就记载了“当日之冲，光常不合者，蔽于地也，是谓暗虚，在星则星微，遇月则月食”，发现了月食是源自地影遮掩月面的部分原理。古希腊哲学家、科学家亚里士多德曾根据月食时所见的地影形状推断出大地为球形，而阿里斯塔克则通过月食估测了日、地、月的相对大小从而认为地球应绕太阳旋转，他也被誉为“古代哥白尼”。

每当月球围绕地球旋转一周多一点（约29.53天，即一个月相变化周期），其就会通过日-地连线正后方的位置（此时月相为望，即满月），有可能落入地球的阴影里，无法被日光直接照亮，从而发生月食。

地球遮住太阳时，其在月球上投下的阴影分两种：（1）影锥较小颜色较暗的本影（umbra），本影中的日光完全被地球所遮挡；（2）影锥较大颜色较浅的半影（penumbra），半影中仅有部分日面被地球遮住。

上图：月食原理示意图（图源：Wiki）

2、 月食的观测分类：

月食大致可分为三类：

（1）月全食（total lunar eclipse）：此时日地月恰处于几乎一条直线上，月球可完全进入地球的本影中。月全食是三种月食中最精彩也是最值得关注的。

（2）月偏食（partiallunar eclipse）：月球仅能部分的进入地球的本影之中，也就是其仅能有一部分变暗。

（3）半影月食（penumbralunar eclipse）：月球仅能掠过地球的半影，此时仅有少量日光被地球遮挡，因此月球形状不会改变，而是只会看起来比满月时略暗一点点，因此难以察觉。该类月食一般不被归为真正的月食，也并不推荐观测欣赏。

上图：月食原理示意图（图源：timeanddate）

3、 为什么不是每个月都有月食？

每个月（中国农历的朔望月，长度29.5天左右）的望（即满月）时，月球都会运行的日-地的反方向，那为何不是每个月都有月食发生呢？

这其实是因为相对于地球绕太阳公转的黄道面，月球绕地球公转的轨道面（称为白道）具有一定的倾角，称之为黄白交角，约为5度。因此只有当望时的月球能正好运行到黄白交点附近时（也就是日-地-月接近一条直线），才能够发生月食。

上图：月食发生时间示意图（图源：NASA/JPL）

平均每年大约发生两次月食，但与看似“难得一见”的日食不同，如果发生月食，则处于地球整个夜晚半球的人（即月球处于地平线之上），只要当地天气尚可，均可看到。

4、月食过程：

月（全）食的全过程包含五个主要阶段（时刻）：

（1）初亏：此时月球由东缘开始进入地球的本影，标志着月食过程的开始（半影月食阶段未计入）；

（2）食既：月球完全进入地球本影，其东边缘与本影锥内切，标志着月全食阶段的开始。月偏食无此阶段。

（3）食甚：月球中心与地影中心最接近。此时月球被地球本影遮挡部分的直径与月球自身直径的比值称为月食的（本影）食分（eclipse magnitude）。月偏食的食分<1，月全食的食分则>=1，而半影月食的食分则为负值。

（4）生光：此时月面的西边缘与本影锥内切，月球即将开始移出本影，标志着全食阶段的结束。月偏食无此阶段。

（5）复圆：此时月球完全移出地球的本影，西边缘与本影锥外切，标志着月食过程完全结束。

上图：月食分类与主要阶段示意图（图源：台北市天文馆）

月全食的全食阶段持续时间比日全食长得多，最长可达约1小时47分钟，一般来说食分越大的月全食（即月球从地球本影的正中穿过）其时间越长。

5、月全食、红月亮！

在月全食的全食阶段，月球并未完全变黑消失不见，而是呈现迷人的“红月亮”景象。全食阶段的月球亮度要比满月暗得多，其颜色为深浅不一的红铜色或暗红色。

美丽的“红月亮”的成因是：虽然地球从中遮挡，阳光无法直接照射到月球所在区域，但少部分光线可通过地球大气层折射等条件作用，间接到达月亮表面使之反射太阳光。而由于地球大气中气体分子与微尘的瑞利散射效应，使得日光中的短波蓝光散射损失较多，而长波红光则更多的透过，因此全食时的月球反照光呈现红色。

上图：月全食时“红月亮”原理示意图（图源：timeanddate）

以下关于月食的科普视频来自美国国家地理频道，中文字幕由山东天文翻译小组/山东天文学会编译制作。

-- 本期思考问题：能否发生类似日环食的“月环食”？（即地影完全进入月面之中，月面边缘一周显露）为什么？在遥远的未来“月环食”有可能出现么？

在下一期你将了解如何对红月亮的红色深浅程度进行分级，怎样通过月全食的观测精确测定地影的大小，以及观测与拍摄月食天象的方法技巧。