黃白交點

黃白交點

黃白交點指黃道面(地球繞太陽公轉軌道在天球上的投影平面)與白道面(月球繞地球公轉的軌道平面)的交點,當太陽與月球同在黃白交點附近始能發生日食或月食。

簡介

黃白交點黃白交點

黃白交點共有兩個,當月球自南向北穿越黃道時,稱升交點,當月球自北向南穿越黃道時,稱為降交點。也有稱為“月北交”和“月南交”的。還有人認為中國古代的“羅睺(又名龍頭)”指的是降交點,“計都(又名豹尾)”指的是升交點。

黃白交點並不固定,兩個交點之間的連線沿黃道向西移動,稱為交點退行,每天退行大約0.054°,每年退行19°21',大約18.6年完成一周。

黃道

天文學名詞。太陽在天球上的“視運動”分為兩種情形,即“周日視運動”和“周年視運動”。“周日視運動”即太陽每天的東升西落現象,這實質上是由於地球自轉引起的一種視覺效果;“周年視運動”指的是地球公轉所引起的太陽在星座之間“穿行”的現象。

初虧、食既、食甚、生光、復圓初虧、食既、食甚、生光、復圓

天文學把太陽在天球上的周年視運動軌跡,既太陽在天空中穿行的視路徑的大圓,稱為“黃道”,也就是地球公轉軌道面在天球上的投影。太陽在天球上沿著黃道一年轉一圈,為了確定位置的方便,人們把黃道劃分成了十二等份(每份相當於30°),每份用鄰近的一個星座命名,這些星座就稱為黃道星座或黃道十二宮

。這樣,相當於把一年劃分成了十二段,在每段時間裡太陽進入一個星座。在西方,一個人出生時太陽正走到哪個星座,就說此人是這個星座的。
黃道與天赤道有23度26分的交角(黃赤交角);黃道與天赤道的兩個交點是春分點和秋分點。在黃道坐標系中,天體的黃經從春分點起沿黃道向東計量,北黃緯為正,南黃緯為負。南、北黃極距相應的天極都是23度26分。由於地球公轉受到月砃和其他行星的攝動,地球公轉軌道並且是嚴格的平面,即在空間產生不規則砄連續變化,這種變化包括多項短周期砄和一項緩慢的長期運動。短周期運動堯以通過一定時期內的平均加以消除,棧除了周期運動的軌道平面稱為瞬時平堇軌道平面。黃道的嚴格定義是:地月礱質心繞太陽公轉的瞬時平均軌道平面䠎天球相交的大圓。黃道是天球上黃道堐標系的基圈
由於人們只有白天才能看到太陽,而這時是看不到星星的。所以太陽走到哪個星座,人們就恰好看不見這個星座。也就是說,在人們過生日時,卻恰恰看不到自己所屬的星座。

白道Moon's path
月球繞地球公轉的軌道平面與天球相交的大圓。白道與黃道相交於兩點。月球沿白道從黃道以南運動到黃道以北通過的那個交點稱為升交點,與此相對的另一交點稱為降交點。白道與黃道的交角在4°57′~5°19′之間變化,平均值約為 5°9′,變化周期約為173 天。由於太陽對月球的引力,兩個交點的連線沿黃道與月球運行的相反方向向西移動,這種現象稱為交點退行。交點每年移動19°21′,約18.6年完成一周。這一現象對地球的章動和潮汐起重要影響。

概念確立

黃白交點黃白交點

黃白交點概念的確立

劉洪確立了黃白交點退行的新概念,明確給出黃白交點每經一日退行1488/47分(約0.054度)。雖然他沒有給出交點月長度的明確概念和具體數值,但實際上已經為此準備了充分和必要的條件,為後世發展奠定了基礎。黃白交點退行概念的確立和退行值的確定是劉洪在月亮運動研究方面又一重大進展。
劉洪簡介

劉洪(公元129--210年),字元卓,泰山蒙陰(今山東蒙陰)人。約生於東漢永建四年(公元129年),卒於建安十五年(公元210年)。他是漢光武帝劉秀侄子魯王劉興的後代,自幼受到了良好的教育,青年時期曾任校尉之職,對天文曆法有特殊的興趣。約在公元160年,他的天文曆法天才的認識漸為世人所知,被調任太史部郎中,執掌天時、星曆。此後10餘年,他積極從事天文觀測與研究工作,奠定了堅實的天文曆法基礎。在此期間,他與蔡昌等人一起測定了24節氣,太陽所在恆星間的位置、太陽到天球的度距、午中太陽的影長、晝夜時間的長度以及昏旦時南中天所值的28宿度值等5種不同的天文數據。這些觀測成果均被列成表格收入東漢“四分曆”中,並作為中國古代曆法的傳統內容之一。劉洪參與了開創這一新領域的工作,這也是他步人天文曆法界的最初貢獻。東漢天文學家。他曾任過多官職,一度政績顯著,但主要成就在天文曆法上。他的“乾象曆”確立了很多曆法概念及經典的歷算方法,是中國古代曆法體系最終形成的標誌,具有劃時代的意義。

產生

月球繞地球公轉的軌道平面與天球相交的大圓。白道與黃道相交於兩點。月球沿白道從黃道以南運動到黃道以北通過的那個交點稱為升交點,與此相對的另一交點稱為降交點。白道與黃道的交角在4°57′~5°19′之間變化,平均值約為 5°9′,變化周期約為173 天。由於太陽對月球的引力,兩個交點的連線沿黃道與月球運行的相反方向向西移動,這種現象稱為交點退行。交點每年移動19°21′,約18.6年完成一周。這一現象對地球的章動和潮汐起重要影響。
日食黃白交點日食黃白交點
黃白交點退行與日食限和月蝕限的關係

日、月食的發生,要求日月相合(或相衝)於黃白交點或其附近。這個“附近”有一定的限度,它就是食限。就日食而言,在這個限度上,位於白道上的月輪與黃道上的日輪靠近到相互外切,二者中心的角距,就是它們的視半徑之和,即約32′。這時,從日輪中心到黃白交點的那段黃道弧長,就叫日食限。我們知道,太陽沿黃道運行,它的位置用黃經表示;以日輪中心與黃白交點的黃經差來表示日食限,便直接同太陽經歷的時間長短相聯繫。若以日月相衝代替日月相合,並以地本影截面取代日輪,那么,這樣的限度便是月食限。日月兩輪相切時,自黃白交點至日輪中心的一段黃道弧長,即此刻日輪中心與鄰近的黃白交點的黃經差。

食限的大小,決定於黃白交角的大小、月地距離和日地距離的遠近。這些因素都是在變化著的:黃白交角變動於4°59′-5°18′;月地距離變動於363 300km(近地點)與405 500km(遠地點)之間;日地距離變動於 147 100 000km(近日點)與 152 100 000km(遠日點)之間。因此,日食限和月食限的大小也是在變化著的。

與日食的關係

黃道白道交點黃道白道交點

對日食而言,如果新月在黃道和白道的交點附近18度左右的範圍內,就可能發生日食;如果新月在黃道和白道的交點附近16度左右的範圍內,則一定有日食發生。由於黃道和白道的交點有兩個,這兩個交點相距180度,所以一年之中有兩段時間可能發生日食和月食,這兩段時間都稱為“食季”,它們相距半年。太陽每天在黃道上向東移動約1度,由於日食的食限為18度左右的範圍,太陽從黃道和白道交點以西的18度運行到黃道和自道交點以東的18度,大約需要36天,也就是說日食的每一個食季為36天。

日食一定發生在朔,即農曆初一當日。此時月球位於地球和太陽之間,但因太陽軌道(黃道)與月球軌道(白道)成5°9交角,故並非每次朔日皆有日食發生,而日食發生時,日月兩者皆一定在“黃白交點”(升交點或降交點)附近發生。日、月食的發生必須是新月和滿月出現在黃白交點的一定界限之內,這個界限就叫做“食限”。計算表明,對日食而言,如果新月在黃道和白道的交點附近18度左右的範圍內,就可能發生日食;如果新月在黃道和白道的交點附近16度左右的範圍內,則一定有日食發生。對月食而言,如果望月在黃道和白道的交點附近12度左右的範圍內,就可能發生月食;如果望月在黃道和白道的交點附近10度左右的範圍內,則一定有月食發生。由於黃道和白道的交點有兩個,這兩個交點相距180度,所以一年之中有兩段時間可能發生日食和月食,這兩段時間都稱為“食季”,它們相距半年。太陽每天在黃道上向東移動約1度,由於日食的食限為18度左右的範圍,太陽從黃道和白道交點以西的18度運行到黃道和自道交點以東的18度,大約需要36天,也就是說日食的每一個食季為36天。對於月食而言,它的食限為12度左右,因此月食的每一個食季就只有24天。

變化規律

一般變化規律
日食黃白交點日食黃白交點

——黃白交角愈大,日食限和月食限便愈小;

——月地距離愈大,月輪的視半徑愈小,日食限和月食限也愈小;

——日地距離愈大,則日輪的視半徑愈小,日食限也愈小;但地影截面的視半徑卻增大,因而月食限也變大。

由此可知,當黃白交角、月地距離和日地距離都最大時,日食限最小;反之,當三者都最小時,日食限最大。月食限的情形有所不同:當黃白交角、月地距離最大而日地距離最小時,月食限最小;反之,當黃白交角和月地距離最小而日地距離最大時,月食限最大。

當日輪中心與黃白交點的黃經差值小於最小食限時,必然發生日(月)食;大於最小食限而小於最大食限時,可能發生日(月)食;大於最大食限時,則必然無食。

月食限稍大於日食限。但如不計半影月食,則日食限遠大於月食限。

計算食限的大小,除日、月視半徑及黃赤交角外,還要考慮太陽和月球的地平視差

S、E、M和M′分別表示日輪、地球和月輪中心。就日食而言,當月輪開始接觸日輪時(初虧),日心和月心對地心的張角,即為當時月球的黃緯。∠SEM=∠SEA+∠AEB+∠BEM。其中,∠SEA和∠BEM,分別是太陽和月球的視半徑,以S⊙和S月球表示之;∠AEB=∠CBE—∠CAE,二者分別為月球和太陽的地平視差,以π月球和π⊙表示,那么便有

∠SEM=S⊙+S月球-π⊙+π月球

對於月食而言,初虧時,月輪開始接觸地球本影截面(為方便起見,月球的位置,以復圓代替初虧),這時,月球的黃緯為∠TEM′-∠M′ED+上∠DET。其中,∠M′ED即為月球的視半徑 S月球;而∠DET=∠CDE-∠ETD。∠CDE即月球的地平視差π月球;而∠ETD=∠AES-∠CAE,二者分別為太陽的視半徑S⊙和太陽的地平視差π⊙。於是又有:

∠TEM′=S月球+π月球-S⊙+π⊙

人們知道,太陽和月球有相仿的視徑,前者平均為15′59〃.6,後者平均為15′32〃.6。但它們的地平視差十分懸殊:太陽的地平視差平均僅8.〃8,而月球的地平視差平均達57′2〃. 7。由此可知,∠ SEM>∠ TEM′。黃緯愈大,離黃白交點愈遠,即日食限>月食限。

日食黃白交點日食黃白交點

食季是有可能發生日、月食的一段時間,它是同食限相聯繫的。由於日、月食的發生必須同時兼具兩個條件,並非所有朔、望都能發生,因此,一年中只有特定的一段時間,才能發生日、月食。人們知道,日、月食發生的條件是,太陽和月球必須同時位於同一黃白交點(日食),或分居兩個黃白交點(月食)或其附近。比較起來,月球是頻繁地(每月二次)經過黃白交點的,全年計24.5次;而太陽需隔半年才來到交點一次。所以,當時是否發生日、月食,主要取決於太陽是否位於黃白交點或其附近。太陽經過食限的這段時間,就被叫做食季。大體上說,一年有兩個食季,相隔約半年。

食季的長短主要取決於食限的大小。食限愈大,食季就愈長。根據食限的大小和太陽周年運動的速度(平均每日59′),人們就能推算食季的約略日數。例如,日偏食的最小食限是15.9°,那么,它的食季不會短於15.9°× 2÷59′=32.2日。這個長度已超過朔望月。這就是說,在這段時間裡,月球必有一次來到交點。所以,一年中必有二次日食發生。碰巧的話,每個食季首尾各一次,這樣,一年便有四次日食。

又如,月偏食的最大食限為11.9°,那么,它的食季長度不會超過11.9°× 2÷59′=24.2日。這個長度不足一個朔望月。也就是說,在這段時間裡,月球不一定來到交點。所以,有的年份連一次月食也沒有;即使有,每個食季也只能一次,碰巧一年可以有二次。

由於黃白交點每年向西退行約20°,一個交點年(也叫食年)只有346.2600日,比回歸年短約19日。因此,可能出現下列兩種情形:

日食黃白交點日食黃白交點

第一,一年中有兩個完整的食季和一個不完整的食季。若第一個食季剛好在年初開始,除在年中遇到第三個食季外,在同年的十二月中旬,還可能迎來第三個食季。在這種情形下,這一年有可能發生五次日食和二次月食。第二種情形是,一年中有一個完整的食季(年中)和二個不完整的食季(年初和年終)。在這種情形下,有可能發生四次日食和三次月食。

以前一種情形為例,假如第一個食季開始於1月1日,又恰逢合朔並且發生日食。在以後的346日(一個食年)中,在最有利的情形下,二個食季有可能發生四次日食和二次月食。第三個食季開始於12月12日前後,由於12個朔望月為354.36日,比食年約長8日,即要到12月20日前後,才能遇上第十三次合朔,有可能發生額外的、也是這一年最後的一次日食。剩下的日期已不足半個朔望月,即使隨之發生月食,也要等到第二年的一月上旬。不過,這種情形十分罕見。

就全球而論,發生日食的次數比月食要多。但對一地而言,見到月食的次數遠多於日食。這是因為,月食時見食地區廣(夜半球各地均可見),而日食時,地球上只有狹窄地帶可見。據統計,對一個特定地點來說,平均每三、四年就能逢到一次月全食;但是日全食平均要幾百年才能遇上一次。所以,世上有許多人,終其一生也未曾遇見過日全食的景象。

2009年7月22日,中國可以見到一次日全食。日食帶寬230千米,長達3000千米,橫貫西藏南部和長江流域。全食階段長達5-6分鐘(最長的日全食階段約為7分鐘),且適逢江南盛夏的晴熱天氣,觀測條件極好。這將是一次“千載難逢”的良機。

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