日环食(annular solar eclipse)是 日食 的一种。发生时 太阳 的中心部分黑暗,边缘仍然明亮,形成光环。这是因为月球在太阳和 地球 之间,但是距离地球较远,不能完全遮住太阳而形成的。发生日环食时,物体的投影有时会交错重叠。
2012年5月21日,日环食现象现身天际,该次日环食,在中国境内可以观察到的时间最长达4分33秒。本次日环食是我国东南沿海50多年来迎来的第一次日环食。 2013年11月3日,全球多地出现 日全环食 ,据称此次日全环食系本世纪第二次日全环食。 2020年6月21日,“超级日环食”在 泸州市 天宇上演,泸州境内日环食从14时08分开始,15时47分达到食甚,17时11分结束,全程持续了3小时3分钟, 这次日环食最大食分达到0.994,亦被称作“金边日食”。 2023年全球共发生2次 日食 ,一次是4月20日的日全环食(同一次日食,一部分地区可见日全食,另一部分地区可见日环食),另外一次就是10月14日晚至15日的日环食现身天宇。
定义
日环食是日食的一种,是根据光的直线传播形成的。发生时 太阳 的中心部分黑暗,边缘仍然明亮,形成光环。这是因为月球在太阳和 地球 之间,但是距离地球较远,不能完全遮住太阳而形成的。发生日环食时,物体的投影有时会 交错 重叠。
发现历史
早期
在古代, 中国 和 巴比伦 等文明国家都有很多 日食 的记载及研究,逐渐了解到日食和 月食 的原因和发生规律,并且进行预报。 在中国的古书中虽然有相关记录,但也不详细。 早在三千多年前,中国古代在 殷墟 出土的 甲骨文 中就有五次日食记录。前735年,《诗经·小雅》的《十月》记载:“十月之交,朔月 辛卯 ,日有食之。”《 春秋 》一书,就记载了自前720-前481年的37次日食。 在古代,天文学家就知道日食有一定的出现规律, 古代 巴比伦 人发现了日、月食发生的周期,称为 沙罗周期 (Saros,是重复的意思)。 中国 古代也提出过类似的日月食规律,如 汉代 的《太初历》记载的交食周期为135个 朔望月 (986.63天)。
在中国从 汉朝 开始, 天象 记录日趋详尽、精细。对 日食 的观测,不但有发生日期的记载,而且开始注意到了食分、方位、亏起方向及初亏和复圆时刻等。
现代
随着社会的进步,日食成为科学研究的对象。在17世纪和18世纪,日食观测还只局限于 天体力学 的范畴,也就是说利用日面和月面接触的时刻,来校正月球的 星历表 。到19世纪中叶,由于光学、 光谱学 和照相技术的应用,日食研究开始进入 天体 物理的领域,并取得了辉煌的成绩,
自20世纪50年代以来,人类观测日食的方式和手段不断发展和提高。从最初的地面观测,逐渐演变为高空观测,甚至利用 地球 大气外观测。同时,观测手段也得到了极大的丰富,包括飞机、气球、火箭、 人造卫星 等先进设备都被用于观测 日食 。这些改进使得人类能够更深入地研究日食现象,获取更准确的数据和信息。
名称由来
太阳 是万物之源,发生日食时古人认为是不吉祥的征兆。与日食有关联的厄运的含义就包含在它的词源中。“eclipse”这个词来自于古希腊语,意为“废弃”“没落”和“黯淡”,古希腊人把日全食解释成是太阳抛弃了 地球 。 在汉语中,日食名字由来,与古人对日食现象解释有关。在各种解释日食成因的神话中,最为常见的就是发生日食时是 太阳 被某种动物吞掉。 印度人和 土耳其 人认为日全食期间有条蛇在吞噬 太阳 , 古埃及 的太阳教徒相信,存在着一只食日的 蟒蛇 。在中国,流传着 天狗 食日的传说,在日发生时,人们会敲锣打鼓,制造巨大的声响,来驱赶天狗。印度神话中,也有把 日食 现象归咎于一个叫做“罗喉”的恶神。 古人对这类 天体 现象的命名即表明了他们的解释,“食”即表明了吞食,“以为日食的发生是 太阳 被某种神物吞食下去。”
“annular(环食)”来源于拉丁文中的环“ANNULUS”,这时,日食以它们最黑,最大程度的时间点命名,尽管它只持续不到一秒。即使只能在一个地点看到这种典型的火环,这整个日食也被称为一个日环食。
形成原理
形成原因
日环食的本质实际上是因为月球离 地球 较远,月球的 本影 不能到达地面而它的延长线经过了地面,而位于月影的本影延长线区域(伪影区)的人们就能看到日环食。如果月球离地球较近,月影本影能到达地面,则本影下的人们看到的是日全食。
日环食还与 地球 和月亮本身有关。因为地球和月亮都是不透光的球体,所以 太阳 照射到光,有时会被月球挡住。农历初一初二就有可能发生日环食。在以上日子中,如果 地球 、月球、太阳在同一条直线上时,日环食就发生了。太阳射出的光线被月球挡住,而在月球的阴影区内,人就不能接受到阳光,所以就无法看到太阳。又因为月球到 地球 的距离与月球到太阳的距离不同,且月球离太阳比月球距离地球大很多所以月球就把太阳遮住,只露出周围的一部分,所以形成日环食。
从 太阳 和月亮的视直径上分析,从地球上看太阳和月球,它们的视直径差不多,都是32角分左右。由于 地球 绕日运行和月球绕地运行的轨道都是椭圆,因此三者之间相对距离会有些变化,导致 太阳 和月球的视直径也会发生相应变化。太阳视直径范围为31分28秒到33分32秒,月球视直径范围是29分56秒至33分28秒。因此可能出现月球视直径大于等于或小于 太阳 视直径的三种情况,分别发生日全食、全环食和环食三种情况。
同一次 日食 ,在地球上不同区域,看到的日食种类也不相同。日食时实际月影只扫过 地球 表面局部地带叫日食带。地球上处在月球 半影区 的人只看到日偏食;处在月球本影区的人才可以看到日全食;若日食时仅伪 本影 (及半影)扫过地球,处于伪半影区的人可看到 日环食 。
形成条件
日食是在一定的条件下形成的。日食是地球位于月影方向(日月延长线)上,也就是说,只有当月球地球和 太阳 位于(或基本位于)同一条直线上时才会发生日食,这基本条件可分为两个具体条件:
时间条件
日食 发生于朔, 月食 发生于望。在一个朔望月中,只有日月合朔时, 地球 才有可能位于月影方向上,从而发生日食;只有日月相望时,月球才有可能位于地球本影方向上从而发生月食。但并非所有的朔、望都有食的发生,因此发生日月食还需要下一个条件。
日环食发生条件
1.在 新月 期(初一)
2.同时,月球处于(或临近) 黄道 白道交点,这时地球、月球、 太阳 整齐的位于(或接近于)一条直线上。
3.月球处于 远地点 ——月球离 地球 最远的地方,因此太阳的外边缘也就是阳光组成的环仍然可见。
交点条件
相对于 地球 绕太阳 公转 的 轨道平面 ( 黄道面 ),月球绕地球旋转的轨道平面( 白道面 )倾斜了5°,而两个轨道平面的交点就是黄白道(面)交点。当太阳和月亮都与月球交点很接近、可以和地球形成一条完美或近乎完美的直线的时候,我们就会经历一个持续约34.5天的食季。每次食季会出现两到三次 日食 月食 现象——其中至少一次、最多两次是日食(并不是在同一地区)。
如果月亮绕 地球 公转所在的平面(白道)与地球绕 太阳 公转所在的平面( 黄道 )是重合的,太阳、地球、月亮也一定在一条直线上,月亮把太阳光遮住,即发生日食。 由于黄白交角的存在,黄道和白道并不重合而是有一个5°9"的夹角,日月相冲时, 太阳 地球 和月球不一定在同一平面上,月球不一定能从地球的 本影 中通过。只有当日月同位于黄白交点或其附近时,这时的朔会出现 日食 ,这时的望也才会发生 月食 。
地月位置
因为 地球 和月亮都是不透光的球体,所以 太阳 照射的光,有时会被月球挡住。农历初一初二就有可能发生日环食。在以上日子中,如果地球、月球、 太阳 在同一条直线上时,日环食就发生了。太阳射出的光线被月球挡住,而在月球的阴影区内,人就不能接收到阳光,所以就无法看到太阳。又因为月球到 地球 的距离与月球到太阳的距离不同,且月球离太阳比月球距离地球大很多所以月球就把太阳遮住,只露出周围的一部分,所以形成日环食。
时长
在日环食可见的地区,日环食可持续超过3小时。从开始到结束,整个日环食过程可以持续超过6小时,但不是在同一个地区。环,空中“火环”的可视时间在低于一秒到超过12分钟之间变动。
2010年1月15日的日环食见环食最长时间为11分04秒,接近理论上的最大值,见食地点位于 印度洋 北部。而1992年,世界范围内曾发生过的环食时间长达11分41秒,但下一次环食时间超过11分04秒的情况则要等到3043年的日环食了。也就是说,此次日环食是自1992年到3043年的1000多年间已经发生或者将要发生的日环食中见食时间最长的,号称“千年一遇”。在中国, 云南省 瑞丽地区距离环食带中心最近,因此是中国环食见食时间最长的,达到8分17秒。
发生过程
日环食过程分为初亏、偏食、环食始、食甚、环食终、偏食、复圆。发生日环食时,物体的投影有时会 交错 重叠,公众可在短时间内欣赏到“日有阴晴圆缺”。 月亮在 太阳 的中心,但无法遮住整个日面。一个“光环”包在月球外围。此时月球离 地球 较远,月球的 本影 不能到达地面而它的延长线经过了地面,而位于月影的本影延长线区域(伪影区)的人们就能看到日环食。
因为月球自西向东视运动比太阳快, 日食 总是先从太阳西边缘开始向东增大被食部分。由于月影在地球处自西向东扫过的速度(约1km/s)比地球表面自转速度( 赤道 上也不到0.5km/s)快,月影在地面上大致从西向东移动,因而地面日食带不同地点看到日食发生的时间就不同,西部比东部先见到日食。
日食过程图表
日食过程全部结束日食程度也以食分表示,定义为食甚时日轮被遮部分与 太阳 直径之比。日全食的食分略大于1,而日偏食的食分小于1。
简单地说,就是太阳被一点一点“吃”掉,成了一个亮环,接着又被一点一点“吐”出来的过程。如果当天阳光灿烂,能看到太阳突然间被一个黑影遮挡住,黑影不断在扩大,感觉黑夜要来了。当太阳只剩下一个小月牙形时,天色暗淡,一直持续至太阳完全被黑影遮住。暗淡是暂时的,慢慢地月影向东移出, 太阳 慢慢露出光芒,直至恢复 日食 之前的样子。
观测与探测
业余观测
选择好合适的滤光片
虽然将近日落,但阳光仍旧刺眼,要注意保护眼睛,选择好滤光片, 电焊 玻璃、电脑 软盘 芯、照相底片都可以试一试,即使如此,看的时间也不要过长,拍照时,在镜头前也要加上适当的滤光片,否则会损坏相机。在太阳落山的时候,可试着取下滤光片,直接用肉眼看一眼,但不要时间过长。
选择好适当的观看地点
最佳的观看地点是高处,能看见太阳落山的地方。如身处高层楼房,可在朝西的阳台或窗户观看。或上天塔、山顶,但一定要在前两天选择好这个地点,还要试拍 太阳 ,测好曝光量,不要临时抱佛脚。最好在初亏之前进入观看地点,直到 日食 或日落结束,看个全过程。
注意观看的时间
要以当地预报时间为准,最好在初亏之前进入观看地点,直到日食或日落结束,看个“全过程”。
注意事项
观测日环食最重要的就是要保护眼睛,虽然日食是太阳整个或者部分被遮挡,太阳光并不是十分刺眼,然而 1%的太阳面积所发出的光比 电焊 发出的光的亮度还要强,被伤当时可能会没有感觉,但几小时以后就会出现不良反应,严重者造成永久 失明 。因此,观测时一定要用减光装置。
观测时一定要用减光装置,譬如,专业观测镜,或者是到专业观测点进行观测,虽然专业观测镜滤光条件比较好,但是也不能长时间观看,一定不要用肉眼直视 太阳 。
相机照相观测法
日食 照相和摄像的基本方法,只需要把普通 天文摄影 和摄像的基本方法,和前文所述的目视观测太阳的基本方法结合起来就可以。天文摄影最简单的方法是用相机直接拍摄,对于太阳而言,许多 照相机 的长焦端都足可以拍到较大的像了,在非全食阶段,只需要将 滤光片 罩在相机镜头前就可以拍摄。如果用墨水盆法或者望远镜投影法观测日食,直接把看到的拍下来即可。至于全食阶段,直接用相机对着 太阳 拍就行了。用相机直接拍摄还可以实现许多创意摄影。最经典的是拍摄日全食的 糖葫芦 串像。
摄像观测法
和照相机类似,直接用摄像机加滤光片拍摄 日食 过程就是非常好的观测手段。一般而言,摄像机的长焦端比普通相机的长焦端还要长,因此能拍摄到更大的 太阳 像,足以满足一般观测需要。只需要在镜头前罩上 滤光片 ,找到太阳,将光学变集的 倍数 放到最大,然后开始拍摄,摄像机一般都能比较正确地 自动对焦 和设置曝光参数。实在不行,就改为 手动挡 (如果有的话)来手动设置曝光参数,并手动对焦到无穷远。
天文观测
在过去,观测日食常用光学的方法,就是用望远来 摄影 ,用分光仪来拍摄光,用光电 光度仪器 测量等等。观测 月食 时,必须注意 地影 和月面相接触的四个点的时刻。四个接触点( 切点 )的时刻要力求下(通常应用时仪记录),以供研究之用。 天文学家会在在 日食 的短暂时间里,使用各种各样的天文望远镜和射电望远镜观测日食,对它进行拍照和记录,分析它的光谱和射电强度变化曲线。
望远镜目视观测
用天文望远镜进行目视观测,有两种办法。一种和上面的直接目视观测类似,在望远镜前端加上专用的 太阳 滤光膜,将绝大部分的阳光滤掉后,就能在 天文望远镜目镜 上用肉眼直接观测放大许多倍之后的日食。二是投影法进行观测,如果实在没有 滤光片 ,可以使用投影法进行观测,首先,将望远镜大概对准太阳方向,然后将一只 手掌 摊开放在目镜后面,离开目镜一个较短的距离,然后慢慢凭感觉寻找太阳的位置,找到太阳时,太阳的强光会通过目镜在你摊开的手掌上形成一个亮斑。这时锁定望远镜,调整望远镜的 焦距 ,会发现在某个位置上手上的亮斑会变得非常清晰,这就是 太阳 的像,可以把手拿开在那里放上一张白纸,开始观测 日食 。
望远镜拍摄观测法
通过望远镜进行 天文摄影 的基本方法有两种,直接焦点法(简称直焦法)和放大摄影法(简称放大法)。由于太阳很亮,此感光度一般设置到最低就可以, 快门速度 则可以通过实拍一回放找出最合适的数值。如果有条件,最好使用 快门线 或者通控器进行拍摄,因为手按快门可能会引起震动造成画面模糊。
科学探测
研究日食的 电离层 效应大多采用垂测 、高频多卜勒和卫星信标等手段。1959年美国麻省电波科学实验 室, 电子 学会及空军剑桥研究中心Chester Malik等人用定频后向散射环视扫描法研究了1959年10月2日 日食 的 电离 层效应, 记录了全方位上日食前后的后向散射信号。指出F 2 层食效应 的复杂 性及 定量分析 的困难。1963年J.R.Davis等采 用美国海军研究室的后向散射仪进行定 频观测A型显示研究了1973年7月20日美 州日食,得到日食引起D层及Es层离化减弱和 F 2 层发生分裂的结果 。
2019年12月26日国家天文台兴隆观测站提供的直播信号,使用的是公共天文台上的太阳望远镜。这是一台专用于 太阳 观测的科普望远镜,装有Hα 滤光片 ,可过滤99 %以上的太阳光。而据央视新闻报道, 中国科学院云南天文台 在直播中动用了“观日神器”——NVST 一米新真空太阳望远镜 。作为目前世界上最大口径的真空太阳望远镜,当前国际上地面四大前沿太阳观测设备之一,其有效口径为0.99米,真空窗直径达1.2米。
重大事件
研究日食对中国大气边界层热力状态的影响
地球 的能量主要来源于 太阳 ,太阳的辐射变化对地球大气边界层有着潜在的影响。日食过程中 太阳 被遮挡,减少了到达地球的 热辐射 能量,大气热力状态被改变,为研究大气层热力状态的变化提供了一个好的机会。
2020年6月21日,在中国境内出现了一次日环食,除日环食带以外 中国 其他地区都可见到日偏食。为了研究日食对 边界层 大气热力状态的影响,分析了 西安市 、 遵义市 、 南宁市 和宜宾4个不同地区的微波辐射计实时连续观测的大气 温湿度 廓线数据,研究日食期间不同日面遮挡程度对不同边界层高度上大气热力状态的变化及其受天气条件的影响。
研究结果表明, 日食 期间,由于 太阳 被月球遮挡,到达地面的 太阳辐射 减少,边界层大气温湿度发生了明显的变化响应;太阳被月球遮挡的越多,边界层温湿度变化更加明显。温度随太阳被遮挡面积变大而减小,湿度表现出相反的现象,水汽密度在日食的整个过程中受到日食的影响较弱;日食过程中, 边界层 温湿度变化相比于日食发生要滞后约15-20分钟左右;日食期间地面 温湿度 的变化还受到云层的影响,云对太阳辐射的 衰减 也是一个重要影响。
检验了广义相对论所提出的引力透镜效应
广义相对论 该理论提出 引力 能弯曲光线, 观察时即表现为某 天体 附近的星星视位置发生变化。而一般的天体造成的弯曲太小,地球上难以观察到,只有 太阳 的 引力 能引起足够大的弯曲。而平时太阳的强光将其附近的星光完全湮没,因此日全食成了观察这一效应的最佳机会。 检验了广义相对论所提出的引力透镜效应。
亚瑟·埃丁顿 在非洲海岸线上的 几内亚湾 的 普林西比岛 ,发生 日食 时两支观测队分别拍摄了太阳附近的星光照片,发现星光受太阳引力发生弯曲,证实了 广义相对论 所提出的 引力 透镜效应。这次观测的结果是,“在 太阳 附近确实发生了光线的偏折,偏折大小正是 阿尔伯特·爱因斯坦 广义相对论所需要的大小。”
国际合作
中国 射电 天文学 的发展和日环食的观测还有一段渊源。1958年中苏联合 海南岛 日环食观测为射电天文学这门新兴学科在中国的发展提供了一个契机。那次观测旨在研究 太阳 的射电辐射,由 苏联 主导,中国方面组织和培训了一批科研人员协助苏联进行观测。
虽然在基础知识背景方面不足,但苏联射电天文学家的讲座促进了中方人员开展射电天文的积极性,后续还开展了射电天文训练班,为射电 天文研究 人员打下了必要的理论基础。而且,中国的科研人员通过借用苏联的射电望远镜进行熟悉和解剖,研究从苏联借来的图纸,慢慢也掌握了设备制造的相关技术和原理。
学术研究
1.通过观察 日食 ,可以研究太阳光球的“临边昏暗”规律。理论和实践均证明,一个从里向外温度逐渐降低的高温气体球,必定出现“临边昏暗”现象。也就是说,它的视圆面中心最亮,越向边缘就越暗。 太阳 的临边昏暗现象早就被发现了,日轮中心最明亮,越是临近边缘就越昏暗掌握了临边昏暗规律,就能反过来推算太阳光球内的物理状况(温度、压力、 电子 密度等)。日环食虽不及日全食,但也还是研究临边昏暗的有利条件。
2.研究“引力会使光线偏折”。 阿尔伯特·爱因斯坦 在20世纪初根据他提出的 广义相对论 《关于引力问题的一种物理理论),预告由于太阳引力的作用,星光从太阳旁边经过时,就会发生偏折,偏折的方向是向太阳靠拢,星光方向改变的大小是1角秒。平时由于阳光灿烂,看不到 太阳 近旁的星,所以无法测量星光究竟是不是偏折了。日全食时,天空昏暗和太阳方向靠得很近的那些星星显现出来,就有可能测量了。进入20世纪以来,曾经利用许多次日全食进行了测量。由于这种测量困难很大,极难测准,所以各次测量的结果往往不太一样,有时甚至差得很多。但是,基本上都肯定了星光经过太阳近旁时,确实会朝着太阳偏折,而且偏折的数值比原来测定的还要大(约为2角秒多些)。这个问题很复杂,还有待于今后做更多的研究。
相关影响
日食对生物影响
1987年9月23日,中国发生过一次罕见的日环食 天象 ,据当时记者在现场观察到,当日食来临时,天空随之转暗,仿佛黄昏来临,10分钟内气温迅速下降8C,天空中的鸟儿急速地飞人林中的草丛,地面上的 公鸡 啼鸣,母鸡领着鸡雏迅速归窝,蚊子也顿时活跃起来。据世界外研究者观察发现,在日全食时,蚂蚊会静止不动; 蜜蜂属 在日食前半小时就开始返蜂房,不再外出,直到日食过后1小时才大量飞出, 大头金蝇 在日食环境中可发生形态变形;白天活动的 鸟纲 , 日食 时活动减少,而夜间活动的鸟类却开始活跃; 信鸽 在日食时会失去定向能力。
自然环境的变化,必然会对人体产生相应的影响。日食环境对人体的影响与日食食分大小有关,日全食时影响最大。 1980年2月16日,日全食, 上海市 中医学院科研小组的同志前往全食地 昆明市 ,和当地医务人员一起,对55例 心血管疾病 患者进行了综合检查,结果表明70%以上的病人原有的主要症状加重,直到日食后两三天,病人的血压、脉搏、交感神经 兴奋性 才逐渐恢复到日食前的水平。这种影响主要是由于 日食 时月球遮住了 太阳 ,使 地球 上的光线、温度、 磁场 、 引力 场、微粒辐射等物理因素发生短暂的突变所引起的。
日食对短波通讯及导航影响
由于 太阳辐射 ,使得 地球 上空100千米到数千千米的大气层中产生了 带电粒子 ,这些包含了带电粒子的 地球大气层 被称为 电离层 。电离层是由于太阳辐射电离了大气的中性粒子,使得高层大气中出现了大量的自由 电子 和离子。在低电离层高度上,由于太阳辐射是电离层电子的最主要来源,日食期间太阳辐射的减小,会造成低电离层电子浓度的快速减小,其响应时间和日食时间对应较好;在稍高的电离层高度上,产生电子的来源主要是电离层中本身的输运和扩散等过程, 日食 的效果不如低电离层明显且响应时间滞后日食时间。
由于调频(FM)广播电台、手机、 对讲机 、无线上网等都使用超短波,因此日全食对这些广播通信业务不会产生影响。但对于利用 电离层 反射进行的 短波 通讯和通过电离层的 测绘学 、导航等用户来说,需要关注日食期间电离层变化导致的影响。专家们建议在日食发生前1小时至日食后3小时内,航空、航天、测绘、 勘探 等部门避免进行高精度作业,日食带所覆盖的城市注意调整其短波通讯频率,避免进行野外探险或考察活动。
日食对天气的影响
日食对人们生活的影响是多方面的,其中大家能够明显感受到的,除了短波通讯受到影响以外,最明显的就是它对天气的影响。日食发生时,地面天气在相应发生着异常甚至剧烈的变化。日食气象变化也最显著,具体表现为以下几点特征,日食发生的时候,气温会逆降急剧;地面温度的变化比气温更大;日食温度变化入地深度达到10厘米或更深;空气 相对湿度 明显逆升;日食使中午变成黄昏月夜。
日食与考古
古代对日食的记载对历史学家来说有重要的意义,因为通过日食的发生日期,可以准确地确定历史事件的发生年日。 例如,亚述人所记载发生于公元前763年6月15日的一场 日食 ,对古代近东历史的准确定年起到了重要作用。 在 夏商周断代工程 中,通过日食记录“天再旦”确定了 姬囏 元年为公元前899年;根据“岁鼎克昏”确定武王克商年为公元前1046年;通过5次 月食 确定了商王 武丁 在位年代为公元前1250-前1192年。这些研究成果有力地支撑了工程,将中国的历史纪年向前推进800余年。
日环食对低频时码授时信号影响
中国 科学院国家授时中心冯平课题组关于日环食对低频时码授时的影响研究取得了新进展。在2020年6月21日日环食发生当天,该课题组在 海南省 三亚市 对低频时码信号进行测试,结果表明,相比于参考日(6月20日、6月22日)日均2-4dBμV/m的变化范围,在整个日环食发生的较短过程中,低频时码信号场强发生“三次突变”,且变化剧烈,其最大增长值达到17dBμV/m。
根据大量测试数据,课题组分析了日环食对 低频 时码信号的影响,排除了 太阳活动 和 地磁场 变化的影响,确认信号场强变化是由日环食对 电离层 影响导致。当日环食发生时,由于 太阳 被遮挡,导致电离层的 电离度 (离子和电子)降低,其愈合逐渐加速,底层高度随之提升。这一变化使低频时码信号在传播过程中衰减变小,到达地面时得到增强。复圆后,随着太阳射向 地球 的 带电粒子 密度恢复,低电离层反射高度逐渐降低,低频时码信号场强也缓慢恢复到参考日值。
对动物的影响
当月球位于太阳和地球之间,三者一线时,月球遮挡太阳光线,使其无法照射到地球,此时发生 日食 现象。对于动物来说,每当日食发生时,鸟类可能会变得安静,蝙蝠可能会四处飞翔,宠物们可能会感到不安,但由于动物的反应难以准确预判。
日环食激发大气声重力波的研究
1987年9月23日,在日环食期间,中国多个测站获得的地面微压波、 无线电 探空及 太阳辐射 资料,研究了日食激发声重力波的波源机制、波谱特征、地区差异,并与同时进行的 电离层 探测结果进行了比较。结果表明此次日环食过程中肯定有重力波发生,其周期与 太阳 直接辐射起伏经历的时间有明显的一致性。不同地方的 日食 重力波都来自太阳直接辐射变化直接产生的强迫振荡和各地大气层内的 浮力 振荡。前者的波动周期较长,振幅较大,直接与日食期间太阳辐射的起伏有关;后者的波动周期较短,振幅较小,与各地日食时局地大气层内的 稳定度 及湿度条件有关。研究中发现由日食引起的 太阳 直接辐射有两种与重力波激发有关的起伏过程,一种是初亏-复圆阶段的振荡,其周期与各地日食开始时间有关;一种是复圆后的振荡,其周期与各地食分值有关。这两种起伏周期与 日食 参数的 相关系数 都在0.99以上。在分析日食的 太阳辐射 和局地大气效应的基础上,提出了相应的声重力波发生的物理机制,并讨论了日食声重力波与同时发生的 电离层 振荡的关系。针对70年代以来国内外一直未能解决的日食是否激发大气声重力波的问题,早上发生日食的地方有长周期宽 频谱 的大气声重力波产生,下午发生日食的地方则没有这种波出现。
应用
日食记录在历史考古方面也有相当大的作用。在 中国 历史中, 西周 共和元年 (前841年)以前的历史纪年是不可靠的。为了确定这之前的年代,除了通过 考古学 的证据之外,最有效的办法是对古籍中记载的可靠 天象 进行推算,找出具体的年份、年号、帝王即位顺序与在位时间,推算出确切的年代。
日食 可以为研究 太阳 和 地球 的关系提供良好的机会。太阳和地球有着极为密切的关系。当太阳上产生强烈的活动时,它所发出的远 紫外线 、X射线、微粒辐射等都会增强,能使地球的 磁场 、 电离层 发生扰动,并产生一系列的 地球物理学 效应,如磁暴、 极光 扰动、 短波 通讯中断等。
相关文化
日食与 月食 是自古就有的自然天象,世界上的文明古国多有这方面的记载。在 巴比伦 和尼涅维亚的废墟中所得的 陶土 器皿和断裂的石碑上,有六次古代日食的记载。其中最早的一次于公元前911年发生。曾有人认为,这是世界上最古的一次 日食 记载。
在出土的商代 甲骨卜辞 中,被认定的日食记载有5次,记录了发生在公元前14至公元前12世纪之间的日食。 除了甲骨文, 中国 的古籍也对日食多有记载。
古人对 太阳 抱有一种崇拜和敬畏心理。因而太阳被“食”就令古人惊恐万分,这在中西各民族的历史上都没有例外。在中国古代,一旦发生了日食,民间都会有自发的“驱赶天狗”行动。朝廷对日食更为重视,每当日食发生这天,皇帝要素服,避正殿,率领百官,在大殿前或祭台上举行救护仪式。
《 尚书 》的《 征》篇记载了一次 日食 事件:“惟时羲和,颠覆厥德,沈乱于酒,畔官离次,俶扰 天纪 ,遐弃厥司。乃季秋月朔,辰弗集于房,瞀奏鼓,啬夫驰,庶人走。 太阳神 尸厥官,罔闻知, 昏迷 于 天象 ,以干先王之诛。”在 中康 时代(约公元前21世纪左右)有两个掌天地四时之官名羲与和,他俩疏于职守,不仅没有预测到日食的日期,而且在那次日食发生时,正喝得烂醉,按当时政典,两人都被处死。据天文学家和史学家考证,这次日食的具体发生时间为公元前2137年10月22日,也就是说,这要比公元前1400年的 甲骨文 中记载的时间还要早,应该是 夏朝 时期的日食记录。而国外最早的日食记录是发生在 巴比伦 的一次日全食,时间为公元前763年6月15日,比中国最早的日食记录要晚得多。
有关《 尚书 》记载的这次 日食 发生的日期,中外学者认识不一致:最早的认为应该在公元前2156年10月22日;而最迟的是公元前2007年10月25日。即使是发生在公元前2007年,也比国外最古的日食记载公元前991年早1016年。
《 全宋诗 》中,收有 南宋 后期3首描写日食的五言古诗,它们分别是3位诗人所作,记录了4次不同的日食,这4次日食集中在60多年内。
相关记录
日环食次数
本世纪会有224次日食,其中仅有7次日全环食(占3.1%)。2023年4月第三周发生的是本世纪第三次 日全环食 ,之前两次分别发生于2005年4月8日和2013年11月3日。遗憾的是,全部7次日全环食都与中国无缘,日全食或日环食的机会倒是不少,比如,在2030年6月1日中国北部大部分区域可观测到日环食,在2034年3月20日中国西部可观测到日全食,尤其是2035年9月2日的日全食带将横穿整个中国大陆,届时北京可以观测到整个过程。
日环食期间引力异常现象的观测
用周期为916秒的扭秤和48.3秒的扭摆分别在 乌鲁木齐市 和 广州市 对1987年9月23日的日环食进行引力效应的观测,在4.1×10~(-5)和1.5×10~(-6)的精度范围内没有发现Saxl.E.所观测到的扭摆周期突变现象。
观测记录
未来预计
以上资料来源
骚乱与日食
据史料记载,公元前763年,在 太阳 被月球完全遮住的5分钟时间内, 伊拉克 的阿舒尔市发生了叛乱。这个记载表明古代人们在思想上把两者联系在一起了。
古代传说
古时百姓认为,出现日食是“天狗”这样的恶神跟人类作对,故意“破坏”万物赖以生存的太阳。当日食出现时都被认为是一种凶兆。老百姓都会采取行动,所谓“救日”,聚众敲锣打鼓、大放鞭炮,以轰走“天狗”“挽救”太阳。