日全食是如何计算出来的?科学家是根据什么来计算出未来日全食时间地点的?

日全食是如何计算出来的?科学家是根据什么来计算出未来日全食时间地点的?
日全食是如何计算出来的?
科学家是根据什么来计算出未来日全食时间地点的?

日全食是如何计算出来的?科学家是根据什么来计算出未来日全食时间地点的?
日食和月食的“季节”
原理:
日食一定发生在朔,即农历初一当日.此时月球位于地球和太阳之间,但因太阳轨道（黄道）与月球轨道（白道）成5°9′交角,故并非每次朔日皆有日食发生,而日食发生时,日月两者皆一定在“黄白交点”（升交点或降交点）附近发生.
日、月食的发生必须是新月和满月出现在黄白交点的一定界限之内,这个界限就叫做“食限”.计算表明,对日食而言,如果新月在黄道和白道的交点附近18度左右的范围内,就可能发生日食；如果新月在黄道和白道的交点附近16度左右的范围内,则一定有日食发生.
对月食而言,如果望月在黄道和白道的交点附近12度左右的范围内,就可能发生月食；如果望月在黄道和白道的交点附近10度左右的范围内,则一定有月食发生.
由于黄道和白道的交点有两个,这两个交点相距180度,所以一年之中有两段时间可能发生日食和月食,这两段时间都称为“食季”,它们相距半年.
太阳每天在黄道上向东移动约1度,由于日食的食限为18度左右的范围,太阳从黄道和白道交点以西的18度运行到黄道和自道交点以东的18度,大约需要36天,也就是说日食的每一个食季为36天.对于月食而言,它的食限为12度左右,因此月食的每一个食季就只有24天.
一年之中有几次
日食的一个食季是36天,这个天数比一个朔望月的平均长度29.53还要长.因此在一个日食的食季内必定会发生一次日食,也可能发生两次日食.一年之中有两个日食食季,所以在一年之内至少有两次日食发生,也可能有四次日食发生（如果每个食季中都包含两个朔日的话）.
月食的一个食季为24天,这个天数比一个朔望月的平均大数29.53天还要短.因此在月食的一个食季内可能包含一个望月,也可能没有望月在内,也就是说,在这个食季内可能有一次月食发生,也可能连一次月食也不会发生.一年之中月食的食季也是有两个；”所以在一年之中,可能有两次月食发生,也可能连一次月食也不会发生.
一年之中,日、月食的次数最多时可以达到六次,即四次日食和两次月食.但是实际上有时候一年之中的日、月食次数可以多达七次,即五次日食和两次月食,或者是四次日食和三次月食.如1935年就曾发生过五次日食和两次月食,将来的2160年也会是这样；1917年和1982年就曾发生过四次日食和三次月食.那么,为什么一年之内的日、月食会多达七次呢?
这是由于在太阳的引力作用下,黄道和白道的交点会不断地沿着黄道从东向西移动,每年约移动20度,这个方向与太阳沿黄道运行的方向相反,因此太阳在黄道上连续两次通过同一交点所经历的时间间隔（这个间隔叫“食年”）比一年（365．2422天）要短,只有346．62天,要约少19天.这样就会产生两种情况：一种情况是一年365．2422天之内,包含了两个完整的食季和一个不完整的食季.比方说第一个食季开始1月初,那么经过346.62天一个食年之后,第三个食季就会在同一年的12月中旬开始,在这种情况下就可能发生五次日食和两次月食；另一种情况是一年365.2422天之内,包含了两个不完整的食季（一个在年头,一个在年尾）和一个完整的食季,在这种情况下就可能发生四次日食和三次月食.
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,而且这两次都是日食；
一年中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：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（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：两次日食和两次月食.
上面这些情况只是对全地球来说的.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.
另外,从上面的数字来看,一年中日食发生的次数比月食发生的次数多,但实际上人们却往往看到月食的次数比看到日食的次数多.这是由于月食发生时,背着太阳的那半个地球上的人都可以看到；而在日食发生时,月亮的影锥只扫过地球上一个狭窄的地带,只有在这部分地区的人才能看到日食,尤其是日全食发生时,全食带的范围更小,宽度只不过二三百千米,因此只有很少的一部分人才能看到.平均起来,一个地方要二三百年才能看见一次日全食.因此有不少的人一生也没有看到日全食是不足为奇的.例如1961年3月2日夜里发生的月食,在我国、整个亚洲以及欧洲地区都可以看到.而1968年9月22日发生的日全食,在我国只有新疆的部分地区可以看到全食,在北京只能看到日偏食,而在上海,什么也看不到.
20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
日食和月食的周期性
由于地球绕太阳和月亮绕地球的公转运动都有一定的规律,因此日食和月食的发生也具有其循环的周期性.
早在古代,巴比伦人根据对日食和月食的长期统计,发现了日食和月食的发生有一个223个朔望月的周期.这个223个朔望月的周期便被称为“沙罗周期”,“沙罗”就是重复的意思.
223个朔望月等于6585.3天（223×29.530588）,即18年零11.3天,如果在这段时间内有5个闰年,那就是18年零10.3天.在这段时间内,太阳、月亮和黄白交点的相对位置在经常改变着,而经过一个沙罗周期之后,太阳、月亮和黄白交点差不多又回到原来相对的位置,因此便会出现同上一次情况相类似的日、月食,但见食的地点会有所变化,这里就不再细述了.
在我国汉代也发现日、月食具有一个135个朔望月的周期.135个朔望月等于3986.6天,约等于11年少31天,也就是说日、月食每过11年少31天重复发生一次.这个循环周期记载在汉代的“三统历”中,因此也称为“三统历周期”.
此外,人们还发现日、月食还有其他的循环周期.比如以358个朔望月为周期的纽康周期（合29年少20日）,以235个朔望月为周期的米顿周期（合19年）等等,但这些周期都是非常粗略的,只能粗略地推算出日、月食发生的日期,并不能确定日、月食发生的准确时刻,食分的大小和见食的地区.准确的日、月食发生的时间以及交食情况,需要经过专门的严格推算,这已经是属于相当专门的历书天文学中“食论”的研究范围了.我国紫金山天文台就担负着日、月食预报的工作.
日全食基本知识
[编辑本段]
一次日全食的过程可以包括以下五个时期：初亏、食既、食甚、生光、复圆.
初亏由于月亮自西向东绕地球运转,所以日食总是在太阳圆面的西边缘开始的.当月亮的东边缘刚接触到太阳圆面的瞬间（即月面的东边缘与月面的西边缘相外切的时刻）,称为初亏.初亏也就是日食过程开始的时刻.
食既从初亏开始,就是偏食阶段了.月亮继续往东运行,太阳圆面被月亮遮掩的部分逐渐增大,阳光的强度与热度显著下降.当月面的东边缘与日面的东边缘相内切时,称为食既.此时整个太阳圆面被遮住,因此,食既也就是日全食开始的时刻.
日食发生规律
每年日食最多出现5次,如果出现5次,那么一定都是偏食.地球上每年至少有2次日食.在南北极地区只能看到日偏食.日全食大约1年半发生一次.每次日食都是在日出时从某一点开始,然后沿着日食带在日没时结束.从开始点到结束点大约绕地球半圈.
沙罗周期
同样的日食（全食、环食和偏食）每18年零11天或者6,585.32天（沙罗周期）会发生一次,但能观测得到的地区并不一样,只是日食时间一样而已,并且日食类型也不一定一样.因为沙罗周期的长度是6,585.32天,并不是整数,所以,如果在地球同一个地点再出现一次日食（并不一定是同一类型日食）,要等待3个沙罗期.在每次日食发生后的三分之一个沙罗周期会发生下一次日食,在3个沙罗期大约54年零33天之后,日食会在同一个地区重新出现.现在有12个不同的大沙罗周期出现,一个出现在1937,1955,1973,1991和2009（中国长江流域、武汉、杭州）的连续的大约7.5分钟的日食.
日食带及月球影子
日食带（月球影子）在赤道地区每小时移动约1,100英里,两极则达到每小时5,000英里.最宽的日全食带为167英里.在日全食经过的地区,可以看到偏食的范围最高达3,000英里.日全食带一般经过的地区是在海洋或荒无人烟的地方.
日食原理
发生日全食是因为太阳靠近月球轨道与地球轨道的的一个交点,而同时月球在距此点的最近的点上.发生日环食是因为太阳靠近月球轨道与地球轨道的的一个交点,而同时月球在距此点的最远的点上.食既从初亏开始,就是偏食阶段了.月亮继续往东运行,太阳圆面被月亮遮掩的部分逐渐增大,阳光的强度与热度显著下降.当月面的东边缘与日面的东边缘相内切时,称为食既.此时整个太阳圆面被遮住,因此,食既也就是日全食开始的时刻.
之所以会发生日全食,是因为存在一种神奇的对称性.太阳的直径是月亮的400倍,而它距地球的距离正好也是月亮的400倍.结果,当月亮完全处于地球和太阳之间时,对那些完全处于月亮阴影中的人来说,太阳的表面便被完全遮挡了.太阳变成了黑色,只留下一个金色的光环,天空变成了靛青色.鸟儿此时会失去方向,或者会飞回巢中,蝙蝠和其它夜行动物则可能睡眼惺忪地出来活动.
日食发生时的影响及现象
发生日全食时,光线穿过树叶的缝隙投影出新月的影子.发生日全食时,动物常常准备睡觉,或行为异常.发生日全食时,当地的温度通常会下降至少20度以上.当99 %的太阳表面被覆盖时,能看到的晨昏蒙影现象.在日全食期间,地平线的周围会有一个窄的光带,这是因为观察者并不是直接站在月亮的影子下面,地球和月亮有一定的距离.在现代的原子钟出现之前,天文学家通过对日食的古代记录进行研究,发现地球旋转的周期每个世纪变慢了0.001秒.
日食过程
一次日全食的过程可以包括以下五个时期：初亏、食既、食甚、生光、复圆.
初亏
由于月亮自西向东绕地球运转,所以日食总是在太阳圆面的西边缘开始的.当月亮的东边缘刚接触到太阳圆面的瞬间（即月面的东边缘与月面的西边缘相外切的时刻）,称为初亏.初亏也就是日食过程开始的时刻.
食既
从初亏开始,就是偏食阶段了.月亮继续往东运行,太阳圆面被月亮遮掩的部分逐渐增大,阳光的强度与热度显著下降.当月面的东边缘与日面的东边缘相内切时,称为食既.此时整个太阳圆面被遮住,因此,食既也就是日全食开始的时刻.
食甚
食既以后,月轮继续东移,当月轮中心和日面中心相距最近时,就达到食甚.
生光
对日偏食来说,食甚是太阳被月亮遮去最多的时刻.月亮继续往东移动,当月面的西边缘和日面的西边缘相内切的瞬间,称为生光,它是日全食结束的时刻.在生光将发生之前,钻石环、倍利珠的现象又会出现在太阳的西边缘,但也是很快就会消失.接着在太阳西边缘又射出一线刺眼的光芒,原来在日全食时可以看到的色球层、日珥、日冕等现象迅即隐没在阳光之中,星星也消失了,阳光重新普照大地.
复圆
生光之后,月面继续移离日面,太阳被遮蔽的部分逐渐减少,当月面的西边缘与日面的东边缘相切的刹那,称为复圆.这时太阳又呈现出圆盘形状,整个日全食过程就宣告结束了.
倍利珠/钻石环
在太阳将要被月亮完全挡住时,在日面的东边缘会突然出现一弧像钻石似的光芒,好像钻石戒指上引人注目的闪耀光芒,这就是钻石环（Diamond Ring）,同时在瞬间形成为一串发光的亮点,像一串光辉夺目的珍珠高高地悬挂在漆黑的天空中,这种现象叫做珍珠食,英国天文学家倍利最早描述了这种现象,因此又称为倍利珠（Baily Beads）.这是由于月球表面有许多崎岖不平的山峰,当阳光照射到月球边缘时,就形成了倍利珠现象.倍利珠出现的时间很短,通常只有一二秒钟,紧接着太阳光就全部被遮盖住而发生日全食了.
食分
用来表示日食的程度.对于日食而言,食分并不表示太阳圆面被遮俺的面积,而是表示日面直径的被遮部分与太阳直径的比值.以太阳的直径作为1,如果食分为0．5,这就表示太阳的直径被遮去了一半；如果食分为1,那就是太阳的整个圆面被遮住,那就是日全食.很显然,食分越大,日面被遮掩的程度就越大.日偏食的食分是小于1．0的,日全食的食分是1.0.
食带
由于月亮的影锥又细又长,所以当它落到地球表面时,所占的面积很小,至多不会超过地球总面积的万分之一,它的直径最大也只有二百六十多千米.当月球绕地球转动时,影锥就在地面上自西向东扫过一段比较长的地带,在月影扫过的地带,就都可以看见日食.所以这条带就叫做“日食带”.带内发生日全食的,就叫全食带；带内发生日环食的,就叫环食带.可以看到偏食的范围很广阔,已经不像一条带子,而是很大的一片地区.
全食带是一条宽度不过二三百千米,长约数千到10000千米的狭窄路径（有时全食带的宽度甚至只有几千米）,只有在全食带扫过的地区才能看见日全食或日环食的发生.全食带的两旁是较广阔的半影扫过的地区,在这些地区内可见偏食.离全食带愈近的偏食区,所见偏食程度愈大；离带愈远,可见偏食程度愈小；半影区以外的地方是看不见日食的.
由于月球是由西向东运行,所以它的影子也是沿同一方向运行,因此各地看到日食的时间是不同的.当地面上的西部地区已经处在黑影区域内,这一地区的人已经看到日食时,东部地区的人却不能同时看到日食,得在月影向东移来后才能看到日食.所以,西部地区的人总是比东部地区的人先看到日食.
日食每年都有发生,但由于全食带是一条狭窄的影带,据估计,平均每200～300年,某一地区或城市才有机会被全食带扫过,所以,对住在一个城市的人来说,一生可能未看到过一次日全食.
日食持续时间
日食的时间长短,同月球影锥在地面上移动的速度以及地球的自转方向有关.以日全食来说,由于月球的视直径仅略大于太阳,同时月影在地面移动速度很快,因此日全食的时间是很短暂的.在全食带的某个地点所看到的日全食时间通常只有两三分钟,最多不超过7分钟.如果全食带经过赤道附近地区,日全食时间就可延续到7分40秒,这时是观测日全食的最好机会.
在发生日环食时,月亮总是位于远地点附近,这时月亮运行的速度较慢,因此日环食的时间比较长,如果日环食发生在赤道附近,那么在赤道附近观测日环食的时间可长达12分42秒.
就全球范围来说,如果把月亮半影开始遮掩日面的时间计算在内,日食时间的长度由初亏至复圆的整个过程可长达三个半小时.
日偏食的时候,由于月影范围大于其本影,食相经过的时间长短要视食分的大小而定,食分愈大,时间也就愈长.

2009年7月22日 上午9点35分 华东日全食
2009年7月22日的日全食是人类近百年里持续时间最长的一次,达到6分钟.
后年可观时间最长日全食
中国在2009年将各有一次日全食.其中2009年7月22日的日全食是人类近百年里持续时间最长的一次,达到6分钟.这次日全食在长江流域如上海、合肥、苏州杭州等地都能够观看,其中铜陵是最佳观测点.如果天气晴朗,我们就能感受天一下子变黑的感觉.有文献指出若发生日全食,若天气晴朗,甚至将可以在日全食期间观测到天上的星星!
因为那次日全食带横扫整个中国人口稠密的长江三角洲城市群,备受关注.
2008年8月1日
这次日食的食分为1.039,全食最长持续时间为2分27秒,北美洲东北部、欧洲和亚洲部分地区可见,其中加拿大北部、格陵兰、俄罗斯新西伯利亚、蒙古和中国的新疆维吾尔自治区、甘肃省、宁夏回族自治区、陕西省、山西省、河南省部分地区可见全食.
在中国境内,考虑到太阳高度、地理和交通等综合因素,甘肃省金昌市是一个较佳的观测地点,月球本影中心将从金昌市市中心以北仅12千米处经过,可以获得长度约1分45秒的日全食时间