日食的周期(2008-07-21 15：40：25)

　　日食的周期

　　

　　尽管日全食出现在各种媒体上的频率并不比某些明星的曝光率低，但对生活在某一固定地点的我们而言，要想一睹它的风采，无疑比见到那些明星困难得多，因为即便在全球范围内看，日全食每年最多也只上演一两次，而且那动人心魄的精彩“演出”总是转瞬即逝，短暂得令人扼腕。

　　不过，日全食虽然看上去似乎难以捉摸，但由于地球绕太阳和月亮绕地球的公转运动都有一定的规律，因此日食和月食的发生必然也具有规律性，日全食当然不会例外。早在5000多年前，我们的先辈就发现了日月食的某些规律。如果我们仔细查看本杂志附录中的日食表，就会发现日食的发生也是有周期的，其中最著名的就是“沙罗周期”。

　　沙罗周期

　　古代的巴比伦人根据对日食的长期观测，发现日食的发生有一个223个朔望月的周期。这个223个朔望月（相当于18年11.3日或18年10.3日（如果有5个闰年））的周期被称为“沙罗周期”，“沙罗”（Salo）一词在拉丁语里就是重复的意思。在这段时间内，太阳、月亮和黄白交点的相对位置在经常改变着，而经过一个沙罗周期之后，太阳、月亮、地球的相对位置又回复到和原来几乎相同的位置上，因此地球上就会看到和上次相类似的日、月食。注意，沙罗周期并不是指两次日食之间的平均时间间隔，而是发生两次“类似”的日食的时间间隔，例如2002年12月4日大西洋、非洲南部、印度洋、澳洲等部分地区发生了一次日全食，全食持续时间是2分3秒，一个沙罗周期后（2020年12月15日），太平洋、南美洲南部、大西洋等地的部分地区发生日全食，持续时间为2分9秒，与上次几乎相同。而从2002年12月至2020年12月这段时间内，还会发生11次日全食，但是它们与这两次不属于一个沙罗周期。平均而言，每个沙罗周期内发生大约71次日、月食，包括日食43次（全食、环食、全环食），月食28次。

　　沙罗周期之所以会存在，其根本原因是地球绕太阳、月亮绕地球的运动具有一定的规律性。在深入理解沙罗周期之前，让我们先来熟悉几个天文学上的基本概念。

　　黄道与白道 我们知道，月亮在围绕地球运动（轨道是个椭圆），周期为一个月；地球同时又在围绕太阳运动（轨道也是个椭圆），周期为一年。天文学上把月亮的绕地球运动轨道面称为“白道”，把地球绕太阳运动的轨道面称为“黄道”。白道与黄道并不在同一个平面上，它们之间存在一个交角，平均为5°09′。我们站在地球上观测，总是以自己为中心，因此在我们看来，黄道也就是太阳一年内在天空中走过的轨迹，白道则是月亮一个月内在天空中走过的轨迹。以地球为天球的中心，黄道与白道其实就是天球上的两个大圆，它们有两个交点，称为“黄白交点”。只有当太阳、月亮都运行到黄白交点的附近时，才有可能发生遮挡，形成日食或月食。

　　望和朔 “朔”就是月亮位于地球和太阳之间（不一定在同一条直线上）的时刻，通常发生于农历的十五；“望”就是地球位于太阳和月亮之间的时刻（不一定在同一条直线上），通常发生于农历的初一。

　　朔望月 月相变化的周期，也就是从朔到朔或从望到望的时间，叫做朔望月。朔望月的长度并不是固定的，有时长达29天19小时多，有时仅为29天6小时多， 它的平均长度为29.530588天。

　　交点月 交点月是指月球在天球上连续两次经过同一黄白交点的时间间隔。其平均长度为27.21222 日。它对于日月食周期推算有重要意义。

　　交点年 太阳从一个黄白交点经过到回到这个交点所需的时间，称为交点年，其长度为346.62003天。由于黄白交点每月沿着黄道向西退行移约1.6°，所以交点年短于我们平时所说的公历年（即365天）。

　　现在，我们来看日食发生的条件：日食只可能在朔日发生，而且太阳、月亮必须差不多位于一条直线上，换句话说，发生日食时，太阳、月亮都必须位于黄白交点附近。如果某天发生了日食，那天必定是朔日（正月初一左右），并且太阳、月亮都位于黄白交点附近，例如2008年8月1日将发生日全食，那天正是农历初一，黄白交点在巨蟹座，而且太阳、月亮也在巨蟹座。

　　假设再过n天后，太阳、月亮又运行到了几乎与此完全相同的位置（即黄白交点、月亮、太阳又都回到巨蟹座），那么在地球上看来必将发生与此类似的日食。显然，这个n天应该是交点月、交点年、朔望月的长度的公倍数，经过计算可以发现223个朔望月的长度与242个交点月、19个交点年的长度几乎相等：

　　223个朔望月＝223×29.530588天＝6585.3211天

　　242个交点月＝242×27.21222天＝6585.3572天

　　19个交点年＝19×346.62003天＝6585.7806天

　　也就是说，n的最小值是6585.3211天左右，其实就是一个沙罗周期。这就是为什么会存在沙罗周期的缘由，现在我们不难理解为什么每经历一个沙罗周期，就会发生类似的日食（或月食）了，不过需要注意的是，这两次日食的见食地点并不相同：2008年8月1日的日全食（持续时间2分27秒）发生在加拿大、北冰洋、俄罗斯和中国西北部；2026年8月13日的全食（持续时间为2分18秒），见食地点变成了北冰洋、格陵兰、大西洋、欧洲极西部地区，这又是什么缘故呢？

　　沙罗周期后话

　　相隔一个沙罗周期的两次日食，不仅见食地点并不相同，而且日食类型也不一定一样。这有两方面的原因。

　　其一，223个朔望月（6585.3211天）和19个交点年（即食年，6585.7806天）的长度并不完全相等，而是相差了0.4605天。因此第二次日食发生时，太阳在黄道上的位置和第一次并不相同，0.4605的时间里它大约运动了28′（记得太阳在黄道上自西向东运动，每年运行一周），也就是说此时的太阳比第一次日食时偏西28′，结果导致月影扫在地球上的位置和第一次相比也有了变化，将向北或向南移动（取决于第一次日食发生在两个黄白交点的哪一点）。每经历一个沙罗周期，太阳就偏西27.2′，同时月影就向南或向北退行一些。直至太阳超出食限、月影离开地球，这个周期性的系列日食（称为一个沙罗食系）就结束了，之后即使再过一个沙罗周期也不会有类似的日食发生了。目前共有12个不同的沙罗食系同时进行着，2009年将在我国境内上演的全食时间大约为7.5分钟的日食，就属于其中一个食系，分别曾在1937、1955、1973、1991出现过。而2008年8月1日的日食，属于另一个不同的沙罗食系，曾在1954、1972、1990年出现过。当然它们的见食地点都已不同了。

　　其二，每过一个沙罗周期，日食的见食地点除了上述的南北移动之外，还有东西方向（即经度）的移动。这是因为一个沙罗周期的223个朔望月是6585.3211天，不是整数。举例来说，假设有一次甲地发生了日食，经过一个沙罗周期之后，将发生类似的日食，但是此时地球转动了6585.3211圈，这次的见食地点就不再是甲地，而是与它相距0.3211个地球周长而且位置偏西的乙地（因为地球自转方向是自西向东），易于算出乙地的经度要比甲地偏西120度左右。再过一个沙罗周期，见食地又将西移120度。所以甲地要想再次看到类似的日食（也就是这个沙罗食系内的日食），至少需在三个沙罗周期之后（54年34天）。但是由于月影在每个沙罗周期还有南北移动，三个沙罗周期后日食时的相对位置事实上不会返回甲地，必须经过300～400年左右，甲地才能再次看到日食。

　　(文章来源:北京天文馆)