0

0
1

文字

分享

0
0
1

2020年夏至日環食要幹嘛?當然是測月球距離啊!

htlee
・2020/05/22 ・1629字 ・閱讀時間約 3 分鐘 ・SR值 467 ・五年級

國民法官生存指南:用足夠的智識面對法庭裡的一切。

厄拉托西尼(Eratosthenes, 276 BC-194 BC)是古希臘時期的科學家,他曾經在夏至時準確量測地球的直徑。2020 年的夏至,我們可以用當天的日環食,量測月球的距離,向最早準確量測地球大小的科學家致敬!

以「三角視差法」量測月球距離

環食帶中央發生食甚時,太陽和月亮的中心重合在一起,環食帶中央的觀測者透過望遠鏡拍攝日環食的照片,同一時間其他地區的觀測者也透過望遠鏡拍攝日食。兩張同時拍攝的日環食影像可以用三角視差法來量測月球的距離。

A 地點位在環食帶的中央,食甚時太陽和月亮的圓心會重合。同一時間的其他地方,如 B 地點看見的是日偏食。

兩張同時拍攝的影像,將太陽的大小調整與重合後,量測兩月亮中心的角度 θ。另外用 Google 地圖量 A 點到 B 點的距離 d,如果太陽的位置接近天頂,月球的距離就是 d/θ。

A和B地點同時拍攝的日食影像,將兩張太陽的大小重合後,量測兩個月亮中心的角度θ。月球的距離就是A和B兩點距離 d/θ。

如果日環食發生時,太陽不在正天頂,就不能直接用 A、B 兩地點的距離,要用有效距離代替,因為有效距離才是造成兩點視差的原因。

如果太陽的位置不在正天頂,必須用有效距離來量測月球的距離

2020環食帶通過哪裡?食甚什麼時候發生?

2020 年 6 月 21 日,環食帶通過台灣中南部,環食帶經過的確切位置可以從以下的 Google map 得知。兩條紅色線標示日環食的南北界,兩條紅線間的人都可以看見日環食,以外的地方只能看見日偏食。

地圖上藍色的線是環食帶中心通過的地方,這裡在環食食甚時,月亮會位在太陽的正中央,兩個天體的中心會重合,可以看見日環食的時間最長,這次位在環食帶中央的人大約可以看見大約 1 分鐘的日環食。

【2020年6月21日,日環食的環食帶會通過台灣中南部,從 Google互動地圖上可以查到日食各個階段的時間。由Xavier M. Jubier製作】

這個 Google 地圖上只要點一下,就可以知道當地初虧(C1)、食既(C2)、食甚(MAX)、生光(C3)、復原(C4)的世界時間(UT),世界時加上 8 小時就是台灣時間。

  • 嘉義市日環食各個階段的時間表
初虧 食既 食甚 生光 復原
台灣時間 14:49:22 16:13:43 16:14:13 16:14:43 17:25:54

為什麼要在日環食時量測,日全食會比較好嗎?

因為三角視差要以太陽作為參考點,日環食可以同時看見太陽與月亮,所以比較方便。日全食食甚時,太陽完全被月亮遮住,太陽這個參考點看不見,反而不適合做月球距離的量測。

不在環食帶中心也可以嗎?日偏食也可以嗎?

只要日食發生時,兩個地點同時拍日食的影像都可以量月球距離,不過兩地點上相機朝的方向必須一樣,例如兩台相機的上方都是北方,這樣才能正確比較月亮圓心的角度。

不過一般移動式望遠鏡,相機的轉向並沒有做良好的校正,影像上方不一定是正北方,這會增加距離量測的難度和誤差。

選擇位在環食帶中心作為拍攝地點之一(A 地點),可以省去相機轉向的問題,因為在食甚時太陽和月亮的中心重合,兩個圓形狀對稱。B 地點拍攝的日食和 A 地點比較時,只要把太陽的大小和 A 地點拍的相重合,就可以正確量出 A、B 兩點月亮中心的角度,可以省去相機轉向的校正。

2014年10月23日的日偏食。圖/wikipedia

如果有興趣在 2020 年夏至這一天量測月球的距離,可以找兩組人和望遠鏡,一組在環食帶中央,另一組在其他地方。當第一組人所在的位置出現食甚時,兩地的人同時拍下日食的影像,這樣就可以推算出月球的距離。讓 2020 年的夏至充滿天文與科學!

本文轉載自作者部落格「屋頂上的天文學家」,原文為〈2020年夏至要幹嘛?當然是量測月球距離啊!

文章難易度
htlee
19 篇文章 ・ 8 位粉絲
屋頂上的天文學家-李昫岱,中央大學天文所博士,曾經於中央研究院天文所和美國伊利諾大學厄巴納-香檳分校從事研究工作。著有《噢!原來如此 有趣的天文學》、《天文很有事》,翻譯多本國家地理書籍和特刊。 目前在國立中正大學教授「漫遊宇宙101個天體」和「星空探索」兩門通識課。天文跟其他語文一樣,有自己的文法和結構,唯一的不同是天文寫在天上!現在的工作是用科學、藝術和文化的角度,解讀、翻譯和傳授這本無字天書,期望透過淺顯易懂的方式介紹天文的美好!

1

6
0

文字

分享

1
6
0
南太平洋觀測日全食——和平號觀日食全記錄│環球科學札記(45)
張之傑_96
・2021/09/22 ・2573字 ・閱讀時間約 5 分鐘

國民法官生存指南:用足夠的智識面對法庭裡的一切。

  • 作者 / 張之傑

對和平號一○一回航程來說,南太平洋觀測日全食是件大事。船到紐約,上來三位天文學家擔任領航人;到了巴拿馬,又上來兩位。這五位天文學家做過十幾場演講,接近復活節島前,演講以一般天文學為主;接近復活節島及離開該島的幾天,主要是說明有關日食的知識,以及觀測和攝影應注意事項。

船上出版《 2019 年日全食介紹》小冊子,有日文、中文、英文三種版本。A4大小,二十二頁,每冊一千日元。小冊子由領航人伊東昌市、鳫宏道、加藤一孝、小關高明署名,他們可能就是編者。根據小冊子,此次日全食的最佳觀測地點是復活節島北側海域。

日食必定發生在朔日,即陰曆初一。此時月球位於地球和太陽之間,但因地球軌道(黃道)與月球軌道(白道)約有五點一度傾斜,所以並非每個朔日都有日食。當月球在黃白道交點附近時,才會發生日食。

A 本影區出現日全食;B 偽本影區出現日環食;C 半影區出現日偏食。圖/Wikipedia

日食是太陽被月球遮住的現象。太陽的大小約為月球的四百倍,地球到太陽的距離恰為地球到月球距離的四百倍,當月球位於近地點時,月球的陰影剛好可以遮住整個太陽。由於月球的軌道呈橢圓形,當月球位於遠地點時,遮不住整個太陽,而有環食的現象。

日偏食可在廣大的區域看到,但日全食只在寬約一百至兩百公里的狹窄區域可以看到,和平號將開往適當位置觀測日食。日全食大約每十八個月就會發生一次,但在同一個地點看到日全食,平均要隔三七○年!換句話說,在復活節島附近再次出現日全食,已是幾百年後的事了。

日全食。圖/Wikipedia

和平號原本預定在復活節島停泊兩天,因天候不佳,第二天仍有些人沒能登島,所以多停泊一天。六月三十日,船上說,後天(七月二日)下雨的機率約百分之六十五,能否看到日全食就看老天的意思了。當晚每人發給一副觀看日食的護目眼鏡,放在各人的信箱內。

七月二日(己亥年六月初一),清晨拉開窗簾,是個晴天,應該可以看到日全食了!根據船上新聞預報,日全食上午九時十五分開始,我們不到九時就登上九樓甲板,找了個靠牆的地方坐下。游泳池前的區域,專供帶三腳架的人使用,每人得付費三千五百日元。我登上八樓船尾甲板時,已付費者早已準備就緒。據說若干乘客就是為了觀測日全食才參加和平號一○一回旅行的。

使用三腳架者每人圈定一個區域,得付費。圖/李枝福攝

除了三腳架區,游泳池畔的台階上,和甲板上,已熙熙攘攘地坐著或站著許多人。陽光從船尾方向射過來,雖有些雲,但不至於遮住太陽,看來應可看到日全食。

九時二十分,廣播響起敲鐘聲,和滴答滴答的計秒聲,one, two, three,……ten,數到ten,表示日全食已經開始。滴答滴答的計秒聲,以迄日食結束從沒停頓。同時播報全食開始時和平號所在的經緯度,我沒來得及記下來。

這時我才發現,船上發的護目眼鏡,不如邱韻如老師借給我的好用。主要是兩個鏡框距離過遠,不適合我的眼睛。再說,船上發的暗度有點兒不足。邱老師自己做的,以童玩面具改裝而成,也就是將面具的眼眶挖大,背面貼的是三點五吋磁碟片的內層磁片,遮光度夠不說,看到的人都說可愛。

船友坐在甲板上等待觀看日全食。圖/作者攝

就在這時,內人受不了甲板上的強光回房間去了。我在通過巴拿馬運河時因長期曝露在強光下傷了眼睛,今天不論如何,只能豁出去了。乾眼症畏光、畏風,戴著遮陽帽和太陽眼鏡,並管不了大用。

十時零二分,廣播:「太陽已有百分之六十五被月影遮住。」

十時零四分,廣播:「距離全食剩三十分鐘。」

十時十九分,廣播:「只剩十五分鐘,太陽已呈月牙狀,氣溫漸漸轉涼。」

十時二十四分,廣播:「只剩五分鐘,請大家站立原處,不要走動,全食時會暗下來,以防絆倒。」

十時三十分,廣播:「只剩三分鐘。」

十時三十三分,廣播:「計時,one, two, three,……」數到ten時,出現鑽石環,即太陽還沒被遮住的一小點。鑽石環隨即縮小,形成吐露著紅光的日珥(紅焰)。接著進入全食(食甚),太陽變成黑色,四周有一圈日冕,天暗下來,雲隙間出現星星。

日全食時,太陽變成黑色,四周有一圈日冕,天暗下來。圖/徐羅實提供

我正想認明那些星星,天公不作美,飄來一大片雲彩。我們才不過觀看了約三十秒,就被飄過來的雲遮住。日全食為時約三至四分鐘,當太陽再次露臉,已過了全食,太陽露出一小點,再次出現鑽石環。當露出得更多,太陽漸漸露臉,愈露愈多,愈露愈圓,宛如日全食過程的倒轉。

距離日食結束還早,到九樓吃過午餐,回到八樓,太陽還沒復圓,仍有許多人戴著護目鏡堅持到最後一刻。我拿出邱老師自製的護目鏡,請一位香港女士幫我照一張相,她按到「貼圖」,照出的相有貓耳朵。又請一位香港攝影家幫我照一張,算是為此次觀測日全食留下紀錄。

十二時十二分,廣播:「日全食即將結束,one, two, three,……ten,」數到ten,秒針的滴答滴答聲嘎然停止。日食結束。

(船上的日全食廣播過程,我的紀錄不到一半,也不完整,後悔沒有錄音,讓當時的場景重現。)

日食初期(初虧),一位香港女士將護目鏡遮住手機鏡頭,照了一張有缺口的太陽給我看。我依樣學樣,就是照不出來。日全食時,我的手機也無法拍得分明。這是第三次發現自己的手機性能不佳。第一次是參觀帝國大廈時,我的手機不能消去光暈。第二次在復活節島拍攝彩虹,我拍的彩虹不能清晰分辨七種顏色。

日全食開始時,曾廣播和平號所在的位置,我沒來得及紀錄。根據每日十二點半所公佈的正午經緯度,當日正午時船的位置是南緯二十一度八分,西經一二五度三十三分。日全食於十二時十二分結束,由正午的經緯度,約略可以推估觀測日全食時的位置。

所有討論 1
張之傑_96
69 篇文章 ・ 214 位粉絲
張之傑,字百器,出入文理,著述多樣,其中以科普和科學史較為人知。

0

0
0

文字

分享

0
0
0
日環食6月21日即將登場:日食與災變的古今談,一同見證天地人間的「常」與「變」
歐柏昇
・2020/06/19 ・5916字 ・閱讀時間約 12 分鐘 ・SR值 553 ・八年級

今年全球疫情蔓延,甚至被稱為二次大戰以來人類最大的危機。所幸臺灣防疫有成,本月大規模解禁,6 月 21 日民眾可以輕鬆地出外觀賞日環食。在這樣的光景下,日食可以帶給我們什麼呢?它只是稍縱即逝的美景嗎?我們先來談談日食與災難的歷史。

日食在歷史上經常與災難關聯,就先來看個令人玩味的故事。

在南宋滅亡前夕,發生了一次日食,《宋史‧天文志》如此記載:

「德祐元年六月庚子朔,日食,既,星見,雞鶩皆歸。明年,宋亡。」

這段話記錄了 1275 年 6 月 25 日的日全食,所謂「既」意思是「盡」,即指全食。在日全食期間,不但天色暗下而看見星星,動物也出現歸巢的行為。

每次日全食的「全食帶」很窄,地球上只有極少數地方可以看見全食。1275 年那次日食,全食帶正好通過南宋國都臨安(今杭州),且全食階段長達近六分鐘。

要是我們了解時代背景,就會知道這次日食必定令人慌張。那年三月,元軍已經攻陷建康(今南京),江南各城相繼陷落,臨安局勢非常危急。

1275 年 6 月 25 日,日全食的範圍。擷取自全食互動地圖

在那危急存亡之秋,朝臣藉言日食大作文章。王爚上奏:「日食不盡僅一分,白晝晦冥者數刻。陰盛陽微,災異未有大於此者。」接著又說,大臣應該 「理陰陽」、「鎮諸侯」,現在卻「生民塗炭而未能拯」,於是請求辭官。可以看出,日食是臣子批評朝政的好時機。

隔年,元軍終究攻下臨安,擄走宋恭帝。《宋史‧天文志》並沒有明講其中關聯,但是在日食紀錄後面寫下「明年,宋亡」,留給讀者自行解讀。

從文明之初,被視為災難的日食

人類對於日食的天然畏懼,也許與其他動物沒有太大差別。在文明之初,日食就與災難聯結在一起,並且與政治難分難捨。

最著名的例子是《詩經》這段話:「十月之交,朔日辛卯。日有食之,亦孔之醜。」又說:「日月告凶,不用其行。四國無政,不用其良。彼月而食,則維其常。此日而食,于何不臧?」日食是不祥之事,且人們將日食與政治相提並論。

西元前 535 年 3 月 18 日發生日食,《左傳》記載了一段對話,晉平公問士文伯誰會承受日食之災,又問他《詩經》那幾句話的意思。士文伯說,「不善政」才會遭受日月之災,因此告誡晉平公為政「不可不慎」。意思是說,日食是否引發災難,是取決於人事。

《春秋》經文有 37 次日食紀錄,其中 33 次經現代天文學的檢驗都屬實,相當可靠。這些紀錄多半是簡單地寫下「日有食之」,而不明白詮釋其象徵意涵。不過一般認為,《春秋》之所以會將日食記下,是把它當作「異常」的事情來看待。

《左傳》也記載了面對日食這種異象的「救護」禮儀。日食發生的時候,天子「不舉盛饌,伐鼓于社」,而諸侯則要「用幣于社,伐鼓于朝」。所謂「伐鼓」就是擊鼓的意思,歷朝歷代延續「救日伐鼓」的禮儀。直到清末,各地官員仍要擊鼓、燒香祭拜,並且在日食的初虧、食甚、復圓三個時刻分別行禮。

不再突如其來:日食預報的重大突破

看到這裡,我們很容易把「迷信」、「不科學」的標籤貼在古人身上。然而,古時候關於日食災異的認識,恐怕沒這麼簡單。

事實上,中國古代很早就發現日食有規律,並發展出預報日食的能力。至少到了東漢的《乾象曆》,已經可以初步預測日食。到了西元 6 世紀,北齊天文學家張子信更在日食預測上取得重大突破。

張子信為了躲避葛榮起義的戰事,隱居海島中,鑽研天文。他大量分析預測與實際觀測的日月食時間,發現二者的差值與季節、節氣密切相關,稱之為「入氣差」。據此,他發現了太陽視運動的不均勻性,也就是太陽在一年四季運行速度不同,「日行春分後則遲,秋分後則速」。

現在我們知道,夏季太陽接近遠日點,視運動較慢;冬季太陽接近近日點,視運動較快。張子信就指出這件事,計算太陽位置不能只用平均值,必須加入「入氣差」的修正,才能準確得到太陽真實位置,進而推算日食。初唐的劉焯編寫《皇極曆》,運用張子信發現的原理,發展出推算日食的公式,奠定重要的理論基礎。

是否發生日食,需引進「食限」的概念。《隋書》說明張子信的理論:「合朔月在日道里則日食,若在日道外,雖交不虧。」日食必定發生在「朔」,也就是日、月在同一經度上。不過黃道(太陽視運動軌道)、白道(月球視運動軌道)不在同一個平面上,有 5 度左右的交角,因此只有當「朔」發生在黃白道交點附近時,才可能出現日食。如下圖,日、月兩圓相切時進入「食限」,才會發生日食。

於是,日食預測需仰賴太陽位置的精準推算,而張子信、劉焯的理論取得重大突破。

黃白道交點「食限」。圖/歐柏昇

已經可預測,中國古代政治仍持續視日食為災異?

日食既然能被預報,那麼還會被視為災變嗎?我們容易設想,人們逐漸清楚日食的規律之後,日食應該與人事、政治漸漸脫鉤。事實卻是相反,隨著日食預報越來越準確,朝廷反而有更多時間可以準備「救日儀式」,儀式越來越細緻。

讓人不禁疑惑,如果日食是「常態」,為何中國古代反而發展出如此的救日儀式呢?

陳侃理研究中國古代的日食觀念,指出了「天行有常」與「休咎之變」的辯證關係。日食預報的發展,並沒有終止「天人感應」觀念。他進一步說明,所謂「科學知識」與「傳統性知識」其實是可以共存的。

我們舉幾個例子,來說明日食成為可預報的「常態」之後,如何以「休咎之變」的姿態繼續呈現。在日食可預報之後,許多人確實開始質疑「人事會影響日食」的觀念,例如北魏孝文帝就不相信其中有所關聯。

而後出現了一種觀點,是將日食災異看作「神道設教」。例如唐代經學家孔穎達認為日食是常態,與人事根本無關,但是他仍然主張將日食作為災異,這是因為聖人為了教化人們,「假托日食以為戒」,特別是警戒君主。

北宋名臣富弼也極力主張維持天象災異,他認為:「人君所畏惟天,若不畏天,何事不可為者!此必姦人欲進邪說,以搖上心,使輔拂諫爭之臣,無所施其力。是治亂之機,不可以不速救。」意思是說,在帝王之上、能夠讓帝王害怕的只有「天」而已,如果去除天變,帝王恐怕沒人制約。

即使天象與人無關,需要藉此機會讓帝王修省。北宋的皇帝遇到日食,還要先「避正殿,減常膳」十幾天。不論是否相信人事影響天象,日食作為「天」的力量展示,是約束帝王的力量。這不僅是一種「手段」而已,天人合一的觀念還深深作用著,要求帝王敬天而愛民。再想漢文帝曾發布〈日食詔〉,因為日食而檢討自己、宣布選舉「賢良方正」的新制度,若非帝王對天有所敬畏,這些政治改革從何而來呢?

若要帝王在日食十幾天前就開始修省,沒有夠準確的日食預報是做不到的。帝王對於災異的謹慎態度,則促使天文官準確預報日食。我們乍看之下「迷信」的儀式,竟然是以「科學」的進步為基礎,而且又反過來促成「科學」的進步。由此可見,天象與人事之間不單是「有無影響」而已,而牽涉到科學與社會更深刻的交織。在另一個時空下,「科學知識」可有我們今天意想不到的「應用」,而這些應用層面或許是促成人們進一步探究自然的原因。而且,其中不只是「迷信」而已,展示著人對天的敬畏、自然規律與人的關係。

情況到了清末,則又不同。清末輿論開始批評救日儀式,認為那是「官樣文章」、「愚民之術」,早該廢除。官員也知道救日儀式不會真的救到誰,儀式變得像是兒戲,為人笑柄。人們批評王朝的陳舊制度,因而主張讓日食與人事脫鉤。其實,這些主張本身就具有深刻的政治涵義。天象並不從此與人事失去連結,它將有新的、現代的意義。

戰亂中的日食:科學使命與黎明的隱喻

到了民國時期,現代天文學的機構建立,日食觀測的意義大不相同,成為科學發展的重要工作。那日食又與一般民眾有何相關呢?日食的「災難」色彩,又如何轉變呢?

最有意思的是 1941 年 9 月 21 日的日全食。那時正值中國對日抗戰期間,日食仍然備受矚目。當時的中央研究院天文所已經從南京撤到昆明,仍然組成觀測隊,前往西北觀測日食。率隊的是時任天文所所長張鈺哲,他形容此行是一趟「長征」,沿路頻繁遇上日軍空襲,路途險阻,費盡千辛萬苦終於抵達甘肅臨洮。蔣介石也特批軍機飛至臨洮,如遇天候不佳,可飛至雲層上方做日食觀測。值得一提的是,李國鼎先生也是這次觀測隊的一員。

為何戰亂之中還要堅持觀測日食?張鈺哲說明,太陽是一切地球生命之母,日食是研究太陽的良好時機,有重要的科學價值。特別是戰爭期間,外國科學家無法前來觀測,於是他們有重要使命,要將這次日食的科學紀錄留下來。

這次日食的「科學」工作,不僅是學者的事。報章雜誌紛紛教導民眾如何觀測日食,將天文科學的知識推廣給民眾。學者和報刊也都關注,這次日食發生時民間是否能「破除迷信」。好比《申報》在日食隔天的報導中,標題指出「積習難移,仍有鳴鑼擊鼓之聲」,不過內文仍肯定所見情況「亦足證明科學之已漸普遍」。

1941年9月21日《申報》介紹日食的原理與觀察方法。

1941年9月22日《申報》報導重慶觀測日食的情況。

此外,戰亂中還重新建構另一種日食與人心的關聯。《益世報》指出:「一般長者咸謂日全食為抗戰接近勝利之預示,良以明朝嘉靖二十二年之日全食,曾為名將戚繼光戰滅倭寇建立殊功之徵兆云。」人們將 1941 年的日食與明代的日食連結起來,視為抗戰接近勝利的徵兆。

這或許還可說是民間的迷信不曾消失。再來看天文學家的論調──學者並不主張迷信,卻仍然將日食與抗戰連結起來。

張鈺哲〈抗日四年後之日食〉一文,引用敘拉古突破迦太基人的故事,說明日食激勵士氣的史實,並引作抗戰「勝利即在目前的證明」。此外,張鈺哲還寫了一篇〈天文與日食〉,談到戰亂當中觀測日食、研究天文的意義:「由研究天文知道地球之外還有無數的星球,還有無窮大的空間,自然也要發生同群的熱愛,而不至於互相殘殺,而能夠彼此相安,共信互助,向著和平的道上走去,這一點是研究天文更偉大的意義。」

在二次大戰的亂世之中,人們自然將日食與時局聯想。日食與人事的關聯,不再是傳統上約束帝王的災異,而是一方面作為科學使命,另一方面作為黎明的隱喻或精神啟發。

1941年日食觀測西北隊合影。圖/中研院李國鼎先生紀念網站

1941 年的日食那天,語言學家林柷敔雖然不懂天文,但是也拿了個臉盆,裝水摻墨汁,觀察太陽的倒影。他在《宇宙風》雜誌發表了一篇〈日蝕記〉,除了談日食與抗戰的關係,也談到自己見證日食的旨趣:

大宇宙中一個自然變化,對於這樣一個小我,倒底有什麼關係?我不是學者,記錄日蝕又何益?我燃了一支烟,對自己說:『下一次的日蝕我將在那裏?也許就是被後代觀察者足尖所踐的泥土吧!趁我沒有變成泥土前記它一筆吧!』我心安,又欷歎。烟繞繞上升,我的心境跟著它上升,漸漸愉快起來了:在我生命終結的時候,在我呼吸停頓的時候,我將逢到最後的審判者,他將問我:『你在世上見過什麼東西?』我無疑地會笑著回答:『我看過了四世紀來的那次日蝕!』

一期一會的臺灣日環食!錯過再等 195 年

在自己的家園遇上日全食或日環食,是極其罕見而幸運的事。在亂世中見證日食,則彷彿渺小的生命與天地同在。

日全食、日環食在地球上幾乎年年都有,然而每次的全食帶、環食帶都很窄,所以特定地點要見到相當困難。我們大可以買機票飛出國,年年都可看日食,然而要體驗日食與鄉土的緊密結合,恐怕機會難得。今年 6 月 21 日,臺灣獲得難得的「天機」,可以見到日環食,我們多麼幸運。下次在臺灣要看到日環食,要等到 2215 年。如果 2012 年錯過臺灣北部的日環食,那這次真是「一期一會」了!

更特別的是,這次日環食剛好發生在夏至,而且環食帶在臺灣通過北回歸線。夏至當天正午,太陽直射嘉義一帶的北回歸線,下午同樣地點則發生日環食,這相當罕見。

擷取自2020年6月21日日環食互動地圖,點擊地圖畫面可以查看各地日食發生詳細的時間。

人間無常,天行有常

日食的意義隨著時代而變化,但是當每天照亮我們的太陽,罕見地被遮擋,總能使人反思天地人間的「常」與「變」,而其中「科學」的觀念也與人事、時局複雜地交織。

再回來想想,今年臺灣疫情趨緩後的日食,意義同樣非比尋常。筆者常舉辦天文活動,凡事都可以延期,但是日食等天象是不能延期的,在疫情緊張期間實在令人擔憂。所幸疫情暫時緩和,觀賞日環食的活動足以照常舉行。在一波三折之後,我們清楚感受到,即使人間混亂,日食依然會按照規律準時發生。

我們看到天地之間具有無人能擋的規律,即使人間遭逢亂世、人心失落,天地仍然運行不悖,照常發生日食。即使你對日食原理了解還有限,這總是一次非比尋常的見證。你將在因緣際會之下,見證宇宙運行的偉大展演。它所展示的不必然是「正義戰勝邪惡」這類道德勸說,卻在混亂變動的時代裡,給人「常」的想像與信念。「天行有常,不為堯存,不為桀亡」,即使人間似乎失序,宇宙並非無序,太陽依舊升起!

期待 6 月 21 日下午,我們一同見證日環食奇景。

2019 年 12 月 26 日臺北所見的日偏食(攝影/歐柏昇)

參考資料

  • 不知撰人,楊伯峻注,《春秋左傳注》。北京:中華書局,1990。
  • 魏徵等撰,《隋書》。北京:中華書局,1973。
  • 脫脫等撰,《宋史》。北京:中華書局,1977。
  • 〈久雨初霽之陪都 昨晨日食奇景〉,《益世報》,1941年9月22日,第2版。
  • 〈日蝕的觀察和實驗〉,《申報》,1941年9月21日,第13版。
  • 〈重慶觀測日蝕記〉,《申報》,1941年9月22日,第2版。
  • 林柷敔,〈日蝕記〉,《宇宙風(乙刊)》第56期,1941年,上海,頁32-34。
  • 張鈺哲,〈天文與日食〉,《科學教學季刊》第2卷第1期,1942年,成都,頁1-3。
  • 張鈺哲,〈抗戰四年後之日食〉,《大公報》,1941年3月23日,第3版。
  • 江曉原、吳燕,《紫金山天文台史》。保定:河北大學出版社,2004。
  • 李林,〈「救日」與救國——1901年辛丑日食的政治史及文化史意蘊〉,《清史論叢》2017年第1期,北京,頁255-272。
  • 陳久金,《中國古代天文學家》。北京:中國科學技術出版社,2008。
  • 陳侃理,〈天行有常與休咎之變──中國古代關於日食災異的學術、禮儀與制度〉,《中央研究院歷史語言研究所集刊》第83本,2012年9月,臺北,頁389-443。
  • 龍涌霖,《天變何可畏——從十月看儒家災異文化的發展》。廣州:中山大學碩士論文,2016。
  • 關增建,〈日食觀念與傳統禮制〉,《自然辯證法通訊》1995年第2期,北京,頁47-55。
歐柏昇
13 篇文章 ・ 5 位粉絲
台大物理與歷史系雙主修畢業,台大物理碩士。現為台大物理系、中研院天文所博士生,全國大學天文社聯盟理事長。盼望從天文與人文之間追尋更清澈的世界觀,在浩瀚宇宙中思考文明,讓科學走向人群。

0

0
0

文字

分享

0
0
0
日環食觀賞全攻略(台灣限定版):錯過這次再等 195 年!
PanSci_96
・2020/06/10 ・3822字 ・閱讀時間約 7 分鐘 ・SR值 490 ・五年級

國民法官生存指南:用足夠的智識面對法庭裡的一切。

本文由嘉義市政府與泛科學合作製作

就是2020,在台灣也看得到日環食,錯過再等 195 年!

日食每年最多發生 5 次,最少 2 次,而透過沙羅週期我們可以知道,同一地區,每次日食現象發生的間隔並不相同,上次台灣發生日環食是在 2012 年,若是錯過今年的 6 月 21 日,下次要在台灣看到日環食就得等到更久以後的 2215 年(欸不是!只有人瑞才能等那麼久吧~)。

今年在台灣居然也能看到罕見日環食奇景,機會難得,趕緊把握吧!

總之,千萬別錯過這次有生之年難得一見的天文奇景!

什麼是日食?

如何看日環食呢?看這一篇就夠!

日食的成因與形成條件

月球依照它的公轉軌道繞地球走時,如果剛好「擋」在太陽與地球間,使「日-月-地」幾乎排排站成一直線,月球的身影便會遮蔽直射地球的陽光,此時,在地球的人們就會看見太陽彷彿被吃掉一樣,不是完整的圓,因此稱之為「日食」。

我們之所以看得到月「亮」,是因為月球會反射太陽光,所以日食當天地球的人看不到月亮,而一個月之中看不到月亮的日子正是初一(朔月),因此日食必發生於初一。但不是每個月的初一都會發生日食,由於月球繞地球的公轉面(白道)與地球繞太陽的公轉面(黃道)存在著 5.9 度的夾角,所以並不是每個月的初一,其「日-月-地」的連線都剛好是一直線。

「日-月-地」的連線都剛好是一直線!

日食的種類

基於月球繞地球的軌道是橢圓形,月球與地球的距離時而遠、時而近,因此,日食發生時,我們在地球上觀察到的月球遮蔽太陽的面積大小就會不一樣(也會因觀測者所在位置不同而有所異),產生以下幾種日食現象:

  • 日全食 (Total):當月球離地球較近,在月球本影內的地區的人可見日全食。
  • 日環食 (Annular):月亮離地球較遠,無法完全遮擋太陽,本影延伸區域內的人可見日環食。
  • 日偏食 (Partial):不管月亮遠近,只要是在月球半影區中的人都可看到月亮讓太陽「缺角」。
  • 複合日食 (Hybrid) 或全環食 (Annular-Total)(罕見):月亮恰好可遮住整個太陽,使地球上部分地區的人看見日全食,另一部分地區的人看見日環食。

小知識:月球在地球表面投射的陰影可分為「本影區」和「半影區」。在本影區中,所有的光線會被完全遮蔽,如同光源消失一般。而在半影區中,只有部分的光線被遮住,光源就像是缺了一角。

當月球離地球較近時,在本影區域的人可看到日全食;當月球離地球較遠時,在本影區延伸區域(偽本影)的人可看到日環食;無論月球遠近,只要是在月球半影區中的人都可看到太陽「缺角」。

日食要怎麼觀測?

若要精準捕捉日食動態,時間由前至後,主要可以觀看初虧(偏食開始)、食既(環食開始)、食甚(食的中央)、生光(環食結束)、復圓(偏食結束)這幾個階段,但在台灣不同地區能看到的日食階段不一樣。

我們在這支合作影片中也介紹了日環食五階段,一起來看看吧!

觀賞地點:

2020 年 6 月 21 日這天下午 2:44 分之後,從金門到台東,全台各地將陸續出現日食,但只有金門、澎湖、雲林、嘉義、台南、高雄、花蓮與台東部分地區可看見壯觀罕見的日環食,其他地區則可見食分甚大的日偏食。(欲知日食詳細時間,可至網路天文館的各縣市行政區與外島日食時間表查詢)

只有金門、澎湖、雲林、嘉義、台南、高雄、花蓮與台東部分地區有機會可看見日環食。

觀賞配備:

由於眼睛曝曬在陽光底下容易造成乾眼症、角膜炎、白內障等傷害,所以我們必須擁有一副好的配備觀察日食,那該準備什麼配備呢?以下列出幾項觀測日食的最佳好幫手:

純觀賞日食:

減光器材:若想直接看日食,可用市售太陽觀測專用減光濾紙,或是自行準備曝光且沖洗過的「黑白底片」或 X 光片、係數 11 以上的電焊玻璃、黑膠片、專用日食眼鏡。

觀看日食時,必須使用專用日食眼鏡,而非一般太陽眼鏡喔!

** NG 行為一:使用太陽眼鏡、墨鏡或看水中太陽的倒影都會傷害眼睛喔!**

針孔投影:看日食「最安全」的方法,可利用樹葉縫隙或任何有「洞」的器具,將小孔對準太陽,藉針孔投影的方式觀測投影到地面、平面的成像逐漸出現「缺角」。(如下圖示意)

望遠鏡(雙筒或單筒望遠鏡都行):

  • (1) 減光:使用太陽觀測專用減光濾紙加裝於物鏡,或使用望遠鏡專用太陽濾鏡。
  • (2) 投影:透過望遠鏡將太陽投影在白色屏幕或紙上。

** NG 行為二:使用望遠鏡投影在白紙上時,白紙的位置若太接近望遠鏡的焦點,可是會因望遠鏡聚光的特性而引起火燒紙的喔!**
** NG 行為三:直接拿望遠鏡的目鏡或尋星鏡,以肉眼直接看太陽,可是造成眼睛灼傷,甚至失明喔!**

若是要直接對準太陽拍攝日食,無論是望遠鏡,或是攝影機務必加裝減光設備。常見的設備有:

減光鏡:最普遍使用的是中性灰濾鏡 (Neutral Density Filter,簡稱 ND 鏡),ND 鏡分為很多等級:使用 ND2 會讓通光量減至原通光量的 1/2,使用 ND4 會讓通光量減至原通光量的 1/4,以此類推。通常會使用太陽專用的 ND 鏡,且必須是 ND4 或 ND5 以上。

** NG 行為四:若使用目鏡專用的太陽濾鏡,易因為位置接近焦點,而造成破裂、發生危險,因此盡量避免使用此類濾鏡。**

ND 濾鏡分為很多種類,在觀測日食必須選擇適當的等級濾鏡才能真正保護眼睛喔!圖 / flickr

太陽觀測專用減光濾紙:使用前,需要注意濾紙的鍍膜是否有損毀、脫落或不平整等問題,若是發現問題,應避免使用。

拍攝技巧:

  • 縮短曝光時間:拍攝前先測試不同的曝光時間,正式拍攝時也可以嘗試不同的曝光照片,方便抓到最佳的日食身影。
  • 特寫:想要捕捉日食不同階段的特寫的話,建議使用焦長 400~1000 mm 以上的鏡頭或望遠鏡,或是利用焦長 200~300 mm 鏡頭加裝 2X 或 3X 加倍鏡。
  • 間歇攝影:預先確定日食全程所需時間與太陽在天空的路徑,選擇具有重複曝光功能的相機、適當的鏡頭,將相機固定在一定點,將太陽影像曝光於同一張底片,且需隨太陽被食的程度調整光圈大小與曝光時間。

觀賞小撇步

除了我們為你精心準備的日環食觀賞懶人包外,這裡也統整了看日環食的各種小撇步:

  1. 如果想看日食但身上沒有任何配備怎麼辦?拿出你的鑰匙吧!透過鑰匙孔投影成像,就可以輕鬆觀測日食囉~
  2. 每次觀察日食的時間長度約 10~20 秒即可,如果過久易造成視力受損。
  3. 由於環食發生的時間極短,約莫 1 分鐘以內,建議先來看看網路天文館提供的日食時間表,才不會錯失與日環食相遇的時刻喔!
  4. 日食前後的環境氣溫、天光亮度等會有變化,如果有興趣觀察太陽被擋住時,地球發生什麼變化的人,可以自備相關設備測量。
  5. 沒辦法親臨現場參觀的人,也可以透過台北天文館的日食線上直播,一同觀賞這盛大的一刻。

在 2020 年 6 月 21 日這天,如果你真的很想親自參加這場日環食盛會,嘉義市特別舉辦了系列活動(包括攝影比賽、闖關活動等),請把握這有生之年只剩一次的機會吧!

在幾乎都被環食帶覆蓋的嘉義市,針對日環食有一系列的特別活動喔。

此外,在台北的朋友們別灰心~台北天文館也有舉辦日食主題特展、大眾日食講座等展演節目,歡迎大家一同共襄盛舉。

台北天文館所舉辦的「太陽的魔法特展」(展期2020/4/1~10/11),展區展出許多關於日食的歷史與成因,還有好玩的闖關活動以及神秘過關小禮物,等你來拿呦~圖 / 台北天文館-太陽的魔法特展 拍攝

參考資料