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日食:太陽與月亮間最美的巧合

htlee
・2020/05/20 ・1186字 ・閱讀時間約 2 分鐘 ・SR值 405 ・四年級

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日食是相當特別、罕見的天象,尤其是日全食。日全食發生時,天空暗如黃昏,平常看不見的日冕,展現它迷人的光彩!聽說看過一次後就會上癮,不遠千里還想再看它一眼。

2017年8月20日發生的日全食,中央暗色的部分是月亮,外圍白色的部分是日冕,紅色的部分是太陽的日珥。圖片來源 維基百科 by Michael S Adler – 自己的作品, CC BY-SA 4.0

日全食和日環食出現的機率都很低,它們的發生是天文上的巧合。根據統計,同一地點發生日全食的機率,大約三百多年才會發生一次!

地球上日食多久發生一次?

日食只會發生在「朔」也就是新月的時候,每個月的朔時,差不多就是月亮和太陽在天空中最靠近的時間。因為兩個天體在天空中最靠近,所以太陽才會被月亮遮住,發生日食。為什麼不是每個月的朔都發生日食呢?

太陽和月亮在天空中移動的路徑分別稱為黃道和白道,黃道和白道在天空中沒有重合,一年中只有兩次相交,這兩次的相交就會發生日食。

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一年之中每次朔時,月亮和太陽的相對位置。圖中可以看出月球和太陽移動的路徑不一樣,當兩條路徑交會時,就可能會發生日全食、日環食或日偏食。製圖:李昫岱

太陽和月亮看起來差不多大

太陽和月亮在天空中看起來幾乎一樣大,差不多都是半度。太陽直徑大約是月球的四百倍,地球到太陽的距離,也差不多是月球距離的四百倍,所以太陽和月亮在天空中看起來差不多大。

不過仔細的量測月亮看起來的大小,會發現有小小的變化。這是因為月球繞地球的軌道是橢圓,月球最靠近地球時(近地點),看起來最大 (0.558 度),離地球最遠時(遠地點),看起來最小 (0.491 度)。

地球繞太陽的軌道也是橢圓,地球最接近太陽時(近日點),太陽看起來最大 (0.545 度),地球離太陽最遠時(遠地點),太陽看起來最小 (0.527 度)。

日食發生時,會出現日環食或日全食?這時候就看誰比較大。如果太陽比較大,月亮無法遮蔽整個太陽,就會出現日環食。如果月亮比較大,月亮可以把整個太陽遮住,出現日全食。

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現代是看日食最好的年代!

其實我們正好處於一個同時可以看見日全食和日環食的時期。

月球和我們的距離不是固定不變的。月球形成後,就一直遠離地球,目前月球每年以 4 公分的速度漸漸遠離我們。

可以想像,很久很久以前的月亮比較靠近地球,當時的月亮看起來比現在大,所以那時的日食只會發生日全食,不會出現日環食!

很久很久以後,月球離我們愈來愈遠,月亮看起來愈來愈小,到時候日食發生時,月亮小到無法遮住整個太陽,只會出現日環食!

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或許你會羨慕很久很久以前的人,他們看見的都是日全食。不過當時的人看見日食時,心中充滿恐懼,以為老天爺要懲罰人類。現代科學昌明,不再認為日食是一種禍害,我們還可以四處旅行看日食,現代才是看日食最好的年代啊!

本文轉載自作者部落格「屋頂上的天文學家」,原文〈日食:最美的巧合

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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!

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「甲骨」還是「假古」?刻在龜甲與獸骨上的天文紀錄可信嗎?
臺北天文館_96
・2022/02/15 ・5183字 ・閱讀時間約 10 分鐘

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  • 文/歐陽亮|天文愛好者,中華科技史學會會員,曾獲 2001 年尊親天文獎第二等一行獎,擔任 2009 全球天文年特展解說員。

甲骨文,可算是漢字的始祖,這些刻在龜甲、獸骨的原始生活記錄,除了寫下戰爭樣貌、繁複祭典與詢問吉凶等占辭,也記載了一些看似形容天象的文句,某些甚至被廣為宣傳,號稱是世界上最古老的記錄。

然而到目前為止,近五千字的甲骨文裡卻只有一千多字被認出,已解讀的文字中也有許多爭議,疑點重重。建立在這樣流沙般的基礎上所找到的天象紀錄,可信度會高嗎?

「貞人用火炷燃燒那些凹缺,直到甲骨另一面出現龜裂的痕跡。不知怎地,就在這龜裂的時刻,他們捕捉到了來自另外一個世界的聲音──除了商朝的歷代祖先,還有各種掌控大自然風雨洪水的力量所發出的聲音[1]。」

甲骨文,是東亞目前已知最早的文字系統,可算是漢字的始祖。這些刻在龜甲、獸骨的原始生活記錄,除了寫下戰爭樣貌、繁複祭典與詢問吉凶等占辭,也記載了一些看似形容天象的文句,自從一百多年前發現以來,已陸續解讀出「日食、月食、新星、彗星、鳥星」等辭,某些甚至被廣為宣傳,號稱是世界上最古老的記錄。

然而到目前為止,近五千字的甲骨文裡卻只有一千多字被認出[2],接近三分之二無法解讀,進展十分緩慢。2016 年中國大陸曾舉辦甲骨文釋讀獎勵,破譯一個字可得到五至十萬元人民幣,但只有兩人獲得。另外更鮮為人知的是,已解讀的文字中也有許多爭議,專家的意見經常不一致,因此疑點重重。在這樣流沙般的基礎上所找到的天象,可信度會高嗎?我們先來看看一些常在科普文章出現的案例。

「三焰食日大星」[3]

這個看似三道火焰吞食太陽並同時出現亮星的驚奇景象,若真的看得到,應該是指日全食的現象。

能吃掉太陽並讓它變黑的火焰,應該是我們所知的日珥(圖 1 ,原始黑白照片在歐南天文臺ESO網頁),所以它曾被當成古老的日全食與日珥記事(圖 2)[4]。不過,根據較新的文字學角度來分析,有學者已將這句話重新解讀成「乞列,食日大星」,三與乞形似,意為迄;第二字似「臽」又似「列」。乞列是指天氣陰沈到可能下雨[5],或指停止陳放祭品,[6]但是到了「食日」的時刻,即上午用餐時分[7],天氣卻轉大晴,因為「星」字亦可解釋為晴朗[8]。不過這種令人失望的新解釋,又被最新的實物目視結果否定,因為「三」不一定是指「乞」[9]

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圖 1. 西元 1919 年 5 月 29 日可能捕捉到日全食中顯現過的最大日珥,此為捷克天文學家彼得.霍拉克(Petr Horálek)在 2021 年 2 月修復與上色的後處理照片。圖/ESO/Landessternwarte Heidelberg-Königstuhl/F. W. Dyson, A. S. Eddington, & C. Davidson, P. Horálek/Institute of Physics in Opava, M. Druckmüller
圖 2. 甲骨文「三臽食日大星」散佈於左上角鑽鑿凹穴之間。圖/張惟捷〈甲骨文字舊釋新說──以史語所藏十四版腹甲為例〉之目驗摹本,頁 24

「癸酉貞日夕又食」[10]

號稱世界最早日食紀錄的「癸酉貞日夕又食」(圖 3),其實歷來眾說紛紜。

癸酉是古代干支紀日的日期,貞是占卜之意,意思是在癸酉日占卜。但日夕又食是日食嗎?「又」當成「有」的話,多出的夕字何解?有人認為「夕」不能解釋為黃昏,就算可以解釋為日夜之交,但是從西元前 1400 至前 1000 年並沒有殷都安陽可見且剛好是癸酉日的日沒帶食[11]。然而若查詢古代日食表[12]並以天文軟體 Stellarium 檢驗這三百年的天象卻可以發現,在西元前 1129 年 2 月 14 癸酉日的安陽地區剛好能見到一次在下午 5 點多食甚的日沒帶食。又另有一說認為這段文字是在貞卜尚未發生的事,不能視為已發生的天象[13],但也有人認為相反[14],因此目前尚無定論。

圖 3. 「癸酉貞日夕又食」日食觀測歷史說明牌。圖/筆者攝於天文館「太陽的魔法特展」,右上角為實物照片

「日有戠」[15]

這又是一種疑似日食的記錄,但也有人解釋為太陽黑子[16]。不過卜辭中另有「月有戠」記錄,然而月面的斑紋總是不變,不太可能指稱月亮出現黑子,因此解釋為太陽黑子是有疑問的。[17]

「新大星並火」[18]

從字面看來,這句甲骨文的意思很像「有新星出現,與心宿二(古稱「火」)並列」(圖 4),不過,「新」也可能是一種祭祀名稱,句子可變成「新,大星,並火」,意思是舉行「新」祭典,結果天放晴,於是舉辦「並」祭典來祭祀心宿二[19]。這個疑似史上第一顆新星或超新星的記錄,也許只是學者的誤解。

圖 4. 「新大星並火」拓本。圖/《殷虛書契後編》下 9.1

二十八宿、「鳥星」[20]

由於以前學界對於中國星座起源有許多爭議,使得人們寄望在甲骨文裡找到二十八星宿的古字與線索,證明中國星座是起源於本土。現在雖已發現若干疑似二十八宿星名的甲骨文字,但是經過詳細考證後,確定是星名的其實不多[21]。例如「鳥星」兩字(圖 5)曾經被視為《尚書.堯典》所載「日中、星鳥」的意思,即南方朱雀的原始形象,然而也有人認為鳥可能是受祭的神名,此點在學界尚未有共識[22]

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圖 5. 「鳥星」拓本。圖/《殷虛文字乙編》6664

除了以上問題之外,學者對於月食、彗星的看法也是百家爭鳴、莫衷一是,更麻煩的是甲骨學主流體制外還有其他新的質疑。以下舉一些有趣的例子:

日與丁(圖 6):在口中間多了一橫,就是日嗎?為什麼有時又被解釋為干支的「丁」字?兩者混淆的情形其實很多[23]

圖 6. 甲骨文「日」的各種形狀,中間不一定有點或橫。圖/摘自徐富昌《從甲骨文看漢字構形方式之演化》(臺大文史哲學報 64 期,頁 13)

月與夕(圖 7):在眉月中央多了一道,是否為另外一字?解釋者常常自由心證,隨機約定何處為月、何處為夕[24]。甚至有人誤以為「月亮通常只在傍晚出現」而解釋甲骨文可借月為夕[25],但古人觀看天空的時間比起被燈海誘惑的現代人多出許多,天文經驗豐富,是否也會有這種誤會?

圖 7. 甲骨文「月」與「夕」,中間不一定有一點。圖/摘自徐富昌《從甲骨文看漢字構形方式之演化》(臺大文史哲學報 64 期,頁 13)

星與晶(圖 8):在星點的小圓中增加一點來裝飾,於是變成晶字。不過星字本身的變形就很多樣,真的每個字型變化都是指星星嗎?

圖 8. 甲骨文「星」的各種形態。圖/摘自松丸道雄、高嶋謙一編《甲骨文字字釋綜覽》(東京大學出版會,1994,頁 204、205)

這些型態多變的字是因為當時識字者少、傳承困難故而經常出錯,還是因為字體剛發明不久所以尚未定型?抑或現代研究者其實沒有找到正確的分辨方法,導致一字多型且標準混亂?龜甲與獸骨是貴重物品[26],用刀刻字必然比寫字困難,若刻錯字的話如何處理?是否會將錯就錯導致後人解讀時以為該字的形體多變?這些都有待未來進一步釐清[27]

另外一個嚴重的問題是,大多數學者僅以拓本或照片來進行研究,但由於材料古老殘缺、漫漶不清以及轉印物質的侷限,得到的釋文成果往往經不起推敲。有興趣者可到「考古資料數位典藏資料庫」觀察,就會發現看實物照片也不一定能看清楚。因此,一定要真正目視實物,讓光源動態變化,才能看出細微字跡到底刻劃到哪。目前發現可能至少超過五成的刻辭內容需要改定[28],因此甲骨上看似天象記錄的文字,最好等學界有普遍的共識與認定,再引用為教材比較妥當。遙想當年的相對論、板塊理論也曾走過被質疑的過程[29],「甲骨學」亦將如此,不過若因此進行過度揣測、冒然發表「世界最早記錄」,只是引起注目與混淆,終將被時代考驗所淘汰。

中文字體歷經幾千年的變化,存在許多未知的起源,字形字音字義也經過多次轉折,容易讓後人分析時產生誤解,即使是字典的始祖《說文解字》也無法避免[30],「甲骨學」又是一門還在進行初步研究的學問,以上列舉的問題,也許會讓人萌生挫折與懷疑,不過,就像科學必須不斷地依靠新發現來推展前景一樣,歷史也是這樣進步的。古人記錄的熒惑守心被現代證實有 74% 的錯誤、施行了千年以上的神奇候氣術也被後世完全揚棄,但甲骨文研究只進行了百年左右,若舊的解讀方式真的已呈現死胡同狀態,那麼從百年束縛中破殼而出也許只是未來的必經之路了。

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相關影片:

〈甲骨文紀錄中的奇異氣象和天象〉。影片來源/中國國家博物館

附註:

  1. 何偉 Peter Hessler《甲骨文:一次占卜當代中國的旅程》Oracle Bones, A Journey Through Time In China,譯者:盧秋瑩,八旗文化出版社,2011,頁 166。
  2. 王宇信《建國以來甲骨文研究》,中國社會科學出版社,1981,頁 54、203。
  3. 收在《小屯第二本:殷虛文字乙編》圖版 6386,可至「甲骨文拓片數位典藏」查詢原件拓本。
  4. 陳遵媯《中國古代天文學簡史》,木鐸出版社,1982,頁 60 以及《中國天文學史》第三冊,明文書局,1987,頁 18。
  5. 馮時《百年來甲骨文天文曆法研究》,中國社會科學出版社,2011,頁 132。
  6. 李學勤〈三焰食日卜辭辨誤〉,《夏商周年代學札記》,遼寧大學出版社,1999,頁 20。
  7. 參見陳夢家《殷虛卜辭綜述》,中華書局,1988,頁 232;董作賓《殷曆譜》,《董作賓先生全集》乙編第一冊,藝文印書館,1977,頁 32;嚴一萍〈食日解〉,《中國文字》新六期,藝文印書館,1982,頁 51~52。
  8. 馮時《百年來甲骨文天文曆法研究》,頁 70。
  9. 張惟捷〈甲骨文字舊釋新說──以史語所藏十四版腹甲為例〉,《文與哲》學報第 22 期,2013,頁 12:三的三橫皆等長,中橫並不略短,應釋為三之意。
  10. 收在《殷契佚存》編號 374。
  11. 馮時《百年來甲骨文天文曆法研究》,頁 122。
  12. 張培瑜《三千五百年曆日天象》,大象出版社,1997,頁 970。
  13. 胡厚宣〈卜辭「日月又食」說〉,《上海博物館集刊》第 3 期,上海古籍出版社,1986。
  14. 李學勤:《癸酉日食說》,《中國文化研究》1998 年第 3 期,頁 26。
  15. 收在《殷契粹編》55、《甲骨文合集》33697 等。
  16. 陳夢家《殷虛卜辭綜述》,頁 240。
  17. 馮時《百年來甲骨文天文曆法研究》,頁 124。
  18. 羅振玉《殷虛書契後編》下 9.1。
  19. 馮時《百年來甲骨文天文曆法研究》,頁 47、48、83。
  20. 收在《小屯第二本:殷虛文字乙編》圖版 6664、6672,《甲骨文合集》11497、11498。
  21. 馮時《百年來甲骨文天文曆法研究》,頁 81。
  22. 馮時《百年來甲骨文天文曆法研究》,頁 67~75。
  23. 黃奇逸《商周研究之批判:中國古文字的產生與發展》,巴蜀書社,2008,頁 42。
  24. 黃奇逸《商周研究之批判:中國古文字的產生與發展》,頁 23。
  25. 徐富昌〈從甲骨文看漢字構形方式之演化〉,《臺大文史哲學報》,64 期,2006,頁 13。
  26. 許進雄《文字學家的甲骨學研究室》,臺灣商務印書館,2020,頁 40。
  27. 上古文字難讀的原因有:原始文字不能有效記錄語言、口傳失誤、方言問題、文字假借造成混亂、後代古音研究誤導等,詳見黃奇逸《歷史的荒原:古文化的哲學結構》,巴蜀書社,2008,頁 674。
  28. 張惟捷〈甲骨文字舊釋新說──以史語所藏十四版腹甲為例〉,頁 18。
  29. 羅拉.費米 Laura Fermi《原子時代的奠基人:費米傳》今日世界出版社,1973 中文版,葉蒼譯。書中提到 1926 年仍有一部分學者不相信相對論。
  30. 許進雄《文字學家的甲骨學研究室》,頁 214~230、235~239。

延伸閱讀:

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臺北天文館_96
482 篇文章 ・ 38 位粉絲
臺北市立天文科學教育館是國內最大的天文社教機構,我們以推廣天文教育為職志,做為天文知識和大眾間的橋梁,期盼和大家一起分享天文的樂趣!

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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

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  • 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。

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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。

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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。」

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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。」

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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。

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(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。

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張之傑_96
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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。

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日食:太陽與月亮間最美的巧合
htlee
・2020/05/20 ・1186字 ・閱讀時間約 2 分鐘 ・SR值 405 ・四年級

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日食是相當特別、罕見的天象,尤其是日全食。日全食發生時,天空暗如黃昏,平常看不見的日冕,展現它迷人的光彩!聽說看過一次後就會上癮,不遠千里還想再看它一眼。

2017年8月20日發生的日全食,中央暗色的部分是月亮,外圍白色的部分是日冕,紅色的部分是太陽的日珥。圖片來源 維基百科 by Michael S Adler – 自己的作品, CC BY-SA 4.0

日全食和日環食出現的機率都很低,它們的發生是天文上的巧合。根據統計,同一地點發生日全食的機率,大約三百多年才會發生一次!

地球上日食多久發生一次?

日食只會發生在「朔」也就是新月的時候,每個月的朔時,差不多就是月亮和太陽在天空中最靠近的時間。因為兩個天體在天空中最靠近,所以太陽才會被月亮遮住,發生日食。為什麼不是每個月的朔都發生日食呢?

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太陽和月亮在天空中移動的路徑分別稱為黃道和白道,黃道和白道在天空中沒有重合,一年中只有兩次相交,這兩次的相交就會發生日食。

一年之中每次朔時,月亮和太陽的相對位置。圖中可以看出月球和太陽移動的路徑不一樣,當兩條路徑交會時,就可能會發生日全食、日環食或日偏食。製圖:李昫岱

太陽和月亮看起來差不多大

太陽和月亮在天空中看起來幾乎一樣大,差不多都是半度。太陽直徑大約是月球的四百倍,地球到太陽的距離,也差不多是月球距離的四百倍,所以太陽和月亮在天空中看起來差不多大。

不過仔細的量測月亮看起來的大小,會發現有小小的變化。這是因為月球繞地球的軌道是橢圓,月球最靠近地球時(近地點),看起來最大 (0.558 度),離地球最遠時(遠地點),看起來最小 (0.491 度)。

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地球繞太陽的軌道也是橢圓,地球最接近太陽時(近日點),太陽看起來最大 (0.545 度),地球離太陽最遠時(遠地點),太陽看起來最小 (0.527 度)。

日食發生時,會出現日環食或日全食?這時候就看誰比較大。如果太陽比較大,月亮無法遮蔽整個太陽,就會出現日環食。如果月亮比較大,月亮可以把整個太陽遮住,出現日全食。

現代是看日食最好的年代!

其實我們正好處於一個同時可以看見日全食和日環食的時期。

月球和我們的距離不是固定不變的。月球形成後,就一直遠離地球,目前月球每年以 4 公分的速度漸漸遠離我們。

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可以想像,很久很久以前的月亮比較靠近地球,當時的月亮看起來比現在大,所以那時的日食只會發生日全食,不會出現日環食!

很久很久以後,月球離我們愈來愈遠,月亮看起來愈來愈小,到時候日食發生時,月亮小到無法遮住整個太陽,只會出現日環食!

或許你會羨慕很久很久以前的人,他們看見的都是日全食。不過當時的人看見日食時,心中充滿恐懼,以為老天爺要懲罰人類。現代科學昌明,不再認為日食是一種禍害,我們還可以四處旅行看日食,現代才是看日食最好的年代啊!

本文轉載自作者部落格「屋頂上的天文學家」,原文〈日食:最美的巧合

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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!

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錯過日環食?那來認識另類日食「凌日」吧!
科學大抖宅_96
・2020/06/21 ・2761字 ・閱讀時間約 5 分鐘 ・SR值 492 ・五年級

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日環食你看了嗎?如果錯過這次2020年6月21日的天文奇觀,下次要在台灣本島看到日環食,可得等到2215年了(希望到時獵人已經完結)。真的錯過也沒關係,除了去其他國家看之外,也可以用特別的方式來「看日食」喔!?

先說說,什麼是日食?

日食指的是月球運行至太陽和地球之間,遮住太陽光線的現象;如果月球剛好離地球較近,在部分地區就能看到月球將太陽完全遮住,稱為日全食;要是月球離地球較遠,以致看起來比較小,沒辦法將太陽全部掩蓋,看到的就是日環食。

圖中A(本影區)可看到日全食;B(偽本影區)可見日環食;C(半影區)能看到日偏食。(圖片來源
  • 編按:也歡迎觀賞我們的影片認識日食喔

而關於日食現象,經典漫畫《哆啦A夢》裡也曾出現過探討。在〈迷你實物大百科〉故事中,主角大雄的爸爸向其解釋日食的原理之後,大雄追問一句:「月球比太陽小很多吧?」然後畫下僅在中心處被月球遮住的太陽圖像。

(圖片來源:哆啦A夢大合輯第10集)

從物理的角度來看,大雄完全抓到問題的核心:日全食、日環食、還是(像大雄畫的)太陽僅被遮掩一小塊區域,在本質上並沒有太大不同,只取決於地球和太陽之間的天體大小,和其距離地球的遠近。

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另類的「日食」:水星和金星的凌日

事實上,可不是只有月球會擋住太陽;比地球更靠近太陽的水星和金星,同樣可能跑到太陽和地球之間,遮擋太陽發至地球的光線――稱為水星凌日和金星凌日。只不過,水星和金星不但比太陽小得多,也比月球距離地球更遠,看上去就真的如同大雄所描述,太陽只被遮住一小點而已。

最近一次水星凌日的照片(2019年11月11日),可見到水星在畫面中僅為一個黑點。下次水星凌日則是在2032年。 Credit: (NASA/Joel Kowsky)

相較於水星凌日平均每世紀出現13到14次,金星凌日就稀少得多。上次金星凌日是在2012年,也是二十一世紀最後一次;下次再看到金星凌日,可是2117年了。不僅如此,水星和金星還可能同時凌日,但極為罕見,人類有史以來尚不曾發生過,下一次同時凌日則會在西元69163年,有興趣的朋友千萬別錯過!

  • NASA的金星凌日記錄影片

系外行星的「日食」:凌日光度測定法

日食或凌日並非只會發生在太陽身上;對於遙遠的其他恆星,同樣存在類似的現象:從地球看過去,當系外行星[1]從母恆星前方通過,短暫遮住恆星的部分光芒,我們觀測到的恆星亮度就會稍微減弱――利用這個特性,如果發現某恆星的亮度會週期性地變暗,那便有很大機率代表系外行星的存在。

只不過,上述方法有一些先天的限制;例如,系外行星的軌道要是不經過地球和母恆星之間,就沒辦法觀測。再者,若該系外行星越大、越接近母恆星,顯然對母恆星的亮度影響會越大;這也使得早期利用凌日光度測定法(Transit photometry)發現的系外行星,多屬極度接近母恆星的氣體巨行星,稱為熱木星[2]。然而,隨著觀測技術的進步,已經有更多不同種類的系外行星被發現――這一切很大程度要歸功於克卜勒太空望遠鏡(Kepler Space Telescope)。

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克卜勒太空望遠鏡首度發現的五顆系外行星在凌日的時候,對其母恆星造成的亮度變化比較。(圖片來源

觀察凌日的好夥伴:克卜勒太空望遠鏡

克卜勒太空望遠鏡是美國國家航空暨太空總署(NASA)發展的計畫,其設計目的是為了尋找約莫地球大小、位於適居帶[3]的系外行星,進而調查銀河系中,恆星擁有行星的比例。克卜勒太空望遠鏡尋找系外行星的方法,就是凌日法,也使得凌日法成為目前發現最多系外行星的方法。

至2020年3月5日為止,不同的系外行星觀測法發現的系外行星數目比較。橫軸為年份,縱軸為發現的系外行星數目。綠色即代表凌日法。(圖片來源

克卜勒太空望遠鏡於2009年升空運作,並於2018年退休;九年多的日子裡,一共觀察了530506顆恆星,發現2662顆系外行星,佔了至今已確認的系外行星總數六成以上。

2013年,因為相繼失去四個反作用輪中的兩個,觀測方向受到很大限制,克卜勒太空望遠鏡被迫停止十五萬個恆星的持續追蹤工作,僅能以推進器和剩餘的反作用輪有限度地調整望遠鏡方位,執行替代計畫。在這個階段,除了系外行星之外,其他天體也在觀測之列。總的來說,克卜勒太空望遠鏡不但在尋找系外行星上居功厥偉,對於我們理解行星系的構造和多樣性,同樣功不可沒。

克卜勒太空望遠鏡(圖片來源

台灣命名的系外行星

長久以來,科學家一直疑惑,太陽之外的其他恆星,是否也擁有自己的行星呢?如果有,那些系外行星跟太陽系的行星類似嗎?又有多少比例的恆星擁有自己的行星呢?無奈受限於觀測技術,我們無從解答這些疑問。

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直到上個世紀80年代末、90年代初,才陸續有系外行星的觀測證據出現。後來,瑞士日內瓦大學的天文學家梅爾(Michel Mayor)和奎洛茲(Didier Queloz)於1995年首度發現繞行主序星[4](飛馬座51)的系外行星(飛馬座51b)[5];在那之後,學界對系外行星的認知突飛猛進,也有越來越多的系外行星被發現。在可見的將來,說不定還能從系外行星的大氣組成判斷生命存在的可能性呢?人類在宇宙中是否孤單地存在,也有機會得到解答。

而在台灣方面,2019年12月,慶祝國際天文聯合會成立一百週年的系外行星命名活動中,因為清華大學江瑛貴教授的協助,台灣民眾成功命名了恆星HD 100655為「麗(Formosa)」,以及其行星HD100655b為「水沙連(Sazum)」。這一對恆星及行星,將帶著與台灣文化深切相關的名字,持續在宇宙中運行下去。

註釋

  • [1] 即太陽系之外的行星,不繞行我們的太陽運轉。
  • [2] 此類行星如同木星為氣體巨行星,但又非常靠近母恆星以致溫度極高,固有此稱呼。
  • [3] 指行星系中,行星表面得以存在液態水的軌道範圍區間。
  • [4] 指恆星進行氫核融合反應,處於其生命活躍期的階段。
  • [5] 兩人因此獲頒2019年的諾貝爾物理學獎。

參考資料

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科學大抖宅_96
36 篇文章 ・ 1732 位粉絲
在此先聲明,這是本名。小時動漫宅,長大科學宅,故稱大抖宅。物理系博士後研究員,大學兼任助理教授。人文社會議題鍵盤鄉民。人生格言:「我要成為阿宅王!」科普工作相關邀約請至 https://otakuphysics.blogspot.com/