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1919年5月29日的日全食与今年7月22日的日全食有什么关系?你可能会迟疑地说:"......相差90年?"——Bingo! 你答对了!这两次日全食间隔90年零54天,也就是恰好5个沙罗周期。

几乎所有谈论日月食的天文学书籍都会讲到,日月食的周期重现有个重要的周期,叫做沙罗周期(Saros Cycle),一个沙罗周期为6585.32天,也就是18年11.3天(包含4个闰年)或10.3天(5个闰年),即一次日食出现之后再过这么长时间天还会出现一次。

其实这个规律早在巴比伦时代就已经提出,成为指导日月食观测的重要法则。仔细分析一下,沙罗周期6585.32天这个数字其实是月亮几种运动周期的"公倍数"。

朔望月(Synodic month)--即就是我们所看到的月相变化周期,平均周期大约是29.530588天;交点月(Draconic month)--月球经过同一黄白交点得时间间隔,平均为27.21222天;近点月(Anomalistic month)--像所有的行星轨道一样,月亮的轨道是椭圆的而不是圆形的,有近地点和远地点,月球经过近点月的平均周期为27.55455天。沙罗周期等于223个朔望月,242个交点月或239个近点月。

  • 223个朔望月=6585.3211天
  • 242个交点月=6585.3572天
  • 239个近点月=6585.5374天

也就是每经过6585.32天,月亮就会处在轨道参数大致相同的交点上,就是说月亮回到了相对于太阳和地球同样的位置上,所以我们可以用沙罗周期来预言日食的发生。

不过,用沙罗周期预言日食的"有效期"是有限的,比如2009年发生日全食,我们可以预言,前后五六百年的时间里,每隔18.032年,就会有一次日食发生,但更长时间的就无效了。1955年荷兰天文学家G. Van den Bergh在他的《日月食的周期性与变化规律》中将这样以沙罗周期为间隔的连续发生的日食或月食归为同一系列,称为为沙罗食系(Saros series)。每个沙罗食系有开始和结束。

其实从沙罗周期的定义中可以看到, 242个交点月与223个朔望月其实并不完全相等,而是相差约0.032天,就是这个小小的差值,使得每过一个沙罗周期,月亮的位置离交点向东偏离0.5度,日、月、地的位置在悄悄地发生变化。当差别越来越大,超过一定的范围,月球的阴影不会落在地球上,日食也就不再发生了。每个沙罗食系都是从南极或者北极附近的一次日偏食开始,逐步发展为日全食,然后再相对的一极重新退化为日偏食,并最终结束。由于地球和月球的公转轨道都是椭圆,因此沙罗食系的确切持续时间和日食次数是不固定的,一个食系大约持续1226年到1550年,包括69次到87次日食,其中40到60次中心食(全食或环食)。

2009年和1919年日全食所属的沙罗食系被Van den Bergh编号为136号沙罗食系,包括71次日食,其中44次全食。这一食系从1360年6月14南极海岸的一次日偏食开始,逐步在18世纪"成长"为日全食,1955年6月20日是它的高潮,这天的日全食最长时间达到了7分钟零8秒。最后一次全食将于2243年12月12日发生,最后一次日偏食则出现于2622年7月30日。这个食系持续1262年,以产生长时间的日全食而著称,即使最后一次日全食(2243年)也长达3分钟30秒。

 

136号沙罗食系变化示意图. 图上各种线条的意义可见此文, 蓝色中心线者为全食.

一个沙罗食系结束之后,又会有新的沙罗食系产生,延续日、月、地三者的"大戏"。而这连续发生的沙罗食系之间的间隔为239个朔望月,也就是10752天,约差20天29年,这个被称为恩克斯(Inex)周期。

在一个沙罗周期内,平均会发生71次日月食,其中43次为日食,28次为月食。也就是说,任何一时间内,总有约40多个沙罗食系在进行中。如果把一个沙罗食系比作一串"日食珠链",那么完整地预告所有的日食的"门帘"是由40多串链子组成的。在一个沙罗周期(18年)内,需要用到这40多串链子上各一颗"珠子"。在一串链子的"珠子"用完的时候(大约12~15个世纪),再过一个恩克斯周期(29年),新的链子又接上了。这样,我们就可以完备无遗漏地预报日食了。美国宇航局的日食网站上,给出了从公元前2000年到公元3000年共计五千年的的日食表

回顾上个世纪中国可见的七次日全食,我们会发现,其中有三次(1907、1943、1997)均属于120号沙罗食系,分别间隔36、54年,也就是两个和三个沙罗周期。

日期 沙罗食系 可见区域 时间
1907.01.14 120 (55/71) 西北内陆、黑龙江西北部 2分29秒
1936.06.19 126 (43/72) 黑龙江北部 2分29秒
1941.09.21 143 (19/72) 新疆、甘肃、四川、陕西、湖北、江西、福建 3分26秒
1943.02.05 120 (57/71) 黑龙江东部 1分40秒
1968.09.22 124 (52/73) 新疆西部 0分29秒
1980.02.16 130 (50/73) 云南、贵州 1分49秒
1997.03.09 120 (60/71) 新疆北部、黑龙江西北部 2分44秒

 

1907-1943-1997三次日全食均在我国黑龙江局部地区可见.

其实沙罗周期或沙罗食系只是预报日月食的方法之一,比如我国汉代的《三统历》中提到过"三统周期",包含3986.6天,即135个朔望月和146.5个交点月。近代美国天文学家纽康(Newcomb)从天体力学推算出"纽康周期"为10571.95天,即358个朔望月,这相当于沙罗周期和三统周期之和。

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11 Responses to ““心之全蚀”专题:跨越千年的日食珍珠链——沙罗食系”

  1. 奇角鹿饲养员拇姬说道:

    沙发

  2. [...] 老孙 《跨越千年的日食珍珠链——沙罗食系》 [...]

  3. 食铁兽说道:

    在一个沙罗周期内,平均会发生71次日月食,其中43次为日食,28次为月食。也就是说,任何一时间内,总有约40多个沙罗食系在进行中。

    这段文字楼主确定没有写混淆吗,这篇文章我在科学世界上看到过,看到这段的时候一样是糊涂了。
    我觉得这段文字和另外一段文字有抵触。就是下面一段。

    2009年和1919年日全食所属的沙罗食系被Van den Bergh编号为136号沙罗食系,包括71次日食,其中44次全食。

    是否应该是这样的意思。
    在一个沙罗食系内,平均会发生71次日月食,其中43次为日食,28次为月食。也就是说,任何一时间内,总有约40多个沙罗周期在进行中。

    ???

    • laosun说道:

      呵呵,你所疑惑的,也正是我想说的(汗,说的还是不够清楚呀).

      这里有两个概念
      1。沙罗周期:即18.032年。这个周期对日食、月食都适用。可以理解为每隔十八年会有一个亲兄弟。

      2。沙罗食系:即以沙罗周期为间隔的日食(月食)系列,也都适用。
      注意,虽然日、月食都适用,但两者不会混淆,日食发生在初一,再过整数个朔望月仍然是初一,不会是十五(或者更专业的说法,望日)。每18年一次的亲兄弟数目是有限(平均71个),也就是沙罗食系的长度是有限的。

      一般的文章中都会介绍,一个沙罗周期内,平均发生日(+)月食71次,其中日食43次,月食28次。这个容易理解,每年都会发生2~5次日食,43次日食不难理解。

      但一般的文章就到这里结束了,没有介绍这平均71次日月食和沙罗周期有什么关系。NASA日食报告介绍了沙罗食系的概念,指出以沙罗周期为间隔的日月食并非一劳永逸,不是无限的。但每次日(or)月食都可以归入某个沙罗食系,但18年内绝不会出现同一沙罗食系的两次日(or月)食,也就是这43次日食不是亲兄弟,而是堂兄弟,那28次月食也不是亲姐妹,而是堂姐妹。

      所以从这个意义上,任何时间都有43个(或者说40多个)(日食)沙罗食系在进行,有28个(月食)沙罗食系在进行。

      文中因为重点是日食,所以略去了对日食的表述,可能因此造成你阅读的困扰。不知道这样是否清楚了一些?

      • 食铁兽说道:

        汗,反复看了几遍,总算看懂了,感觉就像近视眼带上了近视眼镜。

        谢谢!解决了这个困扰我多年的问题。

  4. 四月说道:

    好看,但不够看的呀…

  5. zje2009说道:

    沙罗周期或沙罗食系只是预报日月食的方法之一

    不过是最古老的预测方法了吧。

    如果是的话,很好,古代人民的智慧无可估量。

  6. 清园说道:

    好复杂

  7. 小轩说道:

    早就听说过科学松鼠会,最近在朋友的推荐下才开始上来看。我想,很多人如我虽然做着各种各样平凡的工作,但我们心中都有一个“科学梦”。科学松鼠会提供了这样一个地方,让我们实践自己科学梦的地方。

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  9. 这些理论都很复杂呀,有时真的好像理解,看来自己太菜了吧。拓步ERP软件www.toberp.com

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