第五节 月食
第五节 月食
读者一定都知道，月食的成因是月球进入了地球的阴影，而日食的成因是月球在地球和太阳之间经过。清楚了这一点，我们来讲一讲这两个现象比较有趣的特质，以及这两个现象发生的规律。
第一个值得思考的问题是：既然地球的阴影永远在背对太阳的一面，那么为什么不是每次满月时都会出现月食呢？答案是，月球通常在地球阴影的上方或下方经过，因此光线没有受到遮挡，也就没有形成月食。如图20所示。出现这一现象的原因是，月球轨道略微倾斜于黄道面，形成大约5°的夹角，地球在黄道面上运行，阴影的中心也永远在黄道面上。像我们以前曾设想的那样在天球上标记出黄道，月亮每个月的运行轨道也标记出来。于是我们会发现月球轨道和太阳轨道相交于相对的两点，两个轨道的夹角非常小，只有5°。相交的这两点叫作交点（nodes）。在一个交点上，月亮从下方或者说从黄道南面向黄道北面运行。这个点叫作升交点（ascending node）。在另一个交点上，月亮从黄道北面向黄道南面运行。这个点叫作降交点（descending node）。用“升”和“降”这两个词来说明这两个点是因为对在北半球的人来说，黄道赤道的北半部分在其南半部分的上方。
图20 月球在地球的阴影中
在这两个交点的中点上，月球的中心在黄道上的距离大约是月球到地球距离的1/12，也就是大约2万英里。因为太阳比地球大，所以地球的阴影投射出去以后，距离地球越远越小。在地月之间，地球阴影的直径大约是地球直径的3/4，即大约6 000英里。其中心在黄道面上，因此在黄道面上下的延伸范围大约3 000英里。由此可见，月球只有在接近交点时才能经过地球的阴影。
图21 月球通过地球的影子(https://www.daowen.com)
设想我们在月球即将进入地球阴影时在月球上看太阳和地球。地球看起来比太阳大得多，正在接近太阳，最终开始进入日面并阻挡了一部分太阳光。发生这个现象的区域叫作半影，如图21所示，这个区域在阴影之外。只要月亮在这个区域，普通的观测者是注意不到其光线的衰减的，虽然光度测量可以精确地测量出来。直到月亮开始进入实际的阴影区域才能说月食出现了，此处太阳的直射光全部被遮挡了。
食季
太阳和月球的连线显然会随着地球围绕太阳转动而转动，因此在一年之内会两次经过黄白交点。这也就是说，假设在天空标出交点，升交点在一点，降交点在相对的点上，我们会看到太阳在一年之内分别经过这两个点。当太阳经过一个交点时，地球的阴影则似乎经过另一个交点。
一年中只有两次日食或月食，就是接近这两个点时才发生的。我们称之为食季。食季通常持续大约一个月；也就是说通常从太阳接近交点足以产生日食到太阳远离交点而不能产生日食大约是一个月的时间。1930年的食季是4月和10月。
如果黄白交点在天空的位置不变，月食只能发生在某两个月。但是，因为太阳对地球和月球的引力作用，交点的位置一直在二者运动的相反方向上发生变化。每个交点围绕天球旋转一周需要18年零7个月，食季倒转也在这个相同的周期内，食季每年较前一年平均提前19天。
月食的样子
在月食即将开始的时候观测月球，会看到月球东侧边缘的一小部分逐渐变暗并最终消失。随着月球在其轨道上前行，越来越多的月面因为进入阴影之中而消失在视线里。但是如果仔细观察就会看到掩盖在阴影之中的部分并没有完全消失，只是光线非常微弱。如果月球完全进入阴影里面，便是所谓的月全食；若只是月球的一部分进入阴影，称为偏食。月全食时，照在月食上的光线清晰可见，因为没有被未出现月食的部分的耀眼光线淹没。这些光线呈现暗红色，来自地球大气层的折射，这在前面的章节中已经讲过。因为这个缘故，那些仅仅掠过地球或者照在地表边缘的太阳光发生折射而弯曲，改变了轨迹而投射进阴影里。于是，阴影里充满了这些光线并照在月球上。这个红色和落日的红色成因相同，即绿光和蓝光被大气层吸收，只有红光穿过了大气层。
每年会发生两次或三次月食，其中至少有一次几乎是全食。当然，地球上只有当时月光照耀下的那个半球才能看见月食。
发生月食时，在月球上则可看到由于地球遮挡而形成的日食。这个现象的原因我们已经讲过，此时对于从月球角度的观测再简单不过了。从月球上看，地球的视大小较之月亮无比巨大，其视直径是太阳视直径的3~4倍。起初，当这个巨大的天体接近太阳时是看不到的。观测者看到的是地球一路前行遮挡了越来越多的太阳光，而并不是地球本身。当地球几乎完全遮住太阳时，地球的整个轮廓便在一圈红色光线的包围之中呈现出来了，这圈红色的光线是地球大气层的折射形成的。最后，当太阳放射出的最后一缕阳光消失以后，除了这个明亮的红色光环其他什么都看不见了，光环里面漆黑一片，地球上的一切都看不到了。
月食与日食有很大不同，日食将在下一节里讲述。月食发生时，当时地球被月光照耀的整个半球都可以看到。在月亮升起即是全食的情况下，会发生一个奇怪的现象。此时我们会在地平线的东方看到月全食，而在地平线的西方仍然看到太阳。这个现象看似矛盾，其实此时太阳和月亮都在地平线以下，却被折射到地平线之上，于是我们便能同时看到二者。
