月球繞著地球轉動,每隔大約27.3天繞行一周,這意味著月球每個月都會運行到太陽和地球之間。既然如此,為什麼不是每個月都會發生日食呢?
白道
地球繞著太陽轉動,這個運行軌跡被稱為黃道。不過,以太陽為靜止參照系,地球的運行軌道並非是真正意義上的二維平面,因其他天體的引力會對地球運動造成擾動。
另一方面,月球繞地球運動的軌道被稱為白道。倘若白道面和黃道面是共面的,那麼,每個月必然都會發生日食,因為太陽、月球和地球三者總會成一條直線。但在現實中,白道面與黃道面不在一個平面上,這是日食不是每個月都會發生的原因。
日食發生的條件
如果要發生日食,月球需要位於日地之間,並且三者幾乎還要呈一條直線。只有這樣,月球的陰影才會投射到地球上,從而讓地球上的觀測者看到日食的現象。
然而,黃道面和白道面不共面,它們之間有一個夾角。另外,受到其他天體的引力攝動,黃白交角不是一個固定的數值,最小為4.95°,最大為5.32°,平均為5.15 °。
由於黃白交角的存在,當月球運行到日地之間時,月球不是每次都能把陰影投射到地球上,有時陰影會在地球的「上方」,有時會在「下方」,所以日食不是每個月都會發生。只有當黃白交點出現在朔月之時,地球才會進入月球的陰影中,從而出現日食。同樣的道理,只有當黃白交點出現在滿月之時,才會出現月食。
日食的種類
月球環繞地球的軌道是一個橢圓形,月球與地球的距離會不斷發生變化,距離最近為36.3萬公裡,最遠為40.5萬公裡,平均為38.4萬公裡。當月球離地球較遠時發生日食,月球看起來較小,它並不能完全遮住太陽。只有當月球足夠靠近近地點時,它才能完全遮擋太陽。日食可以分為以下四種:日全食、日環食、日偏食以及全環食。
日食發生的頻率為每年2至5次,日全食則為每1.5年一次。另外,由於月球投射到地球上的陰影很小,每次發生日食時,只有很少一部分地區才能看到。據估計,每隔大約370年,同一個地方才會再次出現日全食。
變化的日全食
雖然月球本身比太陽小了很多,但目前月球與地球的距離能夠達到適中的地步,使得在地球上看到的月球和太陽差不多大,這樣才會發生日全食。而在遙遠的過去,日全食發生的頻率會比現在更高,這是因為過去的月球離地球更近,月球更容易完全擋住太陽。
在月球最初剛剛形成時,地月距離只有幾萬公裡。隨著地月系統的潮汐作用,地球的角動量不斷向月球轉移,導致月球軌道半徑越來越大,月球在逐漸遠離地球,目前的遠離速率約為3.8釐米/年。再過大約6億年,月球將變得足夠遠離地球,它將無法完全遮擋太陽,日全食不再發生。