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月食有長短

月食有長短

許大偉、黃偉光
2018年8月

每次月食過程的時間都長短不一,這到底是受什麼因素影響呢?本文將運用天文學概念解釋這個現象。
地球環繞太陽公轉的橢圓形軌道稱為黃道,月球圍繞地球公轉的橢圓形軌道稱為白道,這兩條軌道的平面相交成兩個約為5度的黃白交角(圖一上方)。當滿月的時候,月球越接近黃白交點便越容易發生月食。當整個或一部分的月球進入地球本影時,便會產生本影月食(詳細解釋請參看《月食的成因》)。本影月食分為月全食(地球本影遮蔽整個月球)及月偏食(地球本影遮蔽部份月球)。
第一個影響月食長短的因素是月食路徑與地球本影的距離。圖一下方顯示月食時月球相對於地球本影中心的兩個典型路徑。當月食發生在月球較遠離黃白交點時,月球的移動路徑會較貼近地球本影的邊沿,令月球被地球本影覆蓋的時間較短(右邊情況);若月食發生在月球較接近黃白交點時,月球的移動路徑會較接近地球本影的中心,令月球被地球本影覆蓋的時間較長(左邊情況)。換言之,月食時月球越接近黃白交點,月食過程的時間便越長。
圖一
圖一
第二個因素是地球本影的大小。當地球在近日點(地球軌道距離太陽最近的位置)時,投射到月球附近的本影會較小,令月球被地球本影覆蓋的時間較短(圖二右方);當地球在遠日點(地球軌道距離太陽最遠的位置)時,投射到月球附近的本影則較大,令月球被地球本影遮蔽的時間較長(圖二左方)。換言之,假設月球與地球的距離不變,地球越遠離太陽,月食過程的時間便會越長。
圖二
圖二
第三個因素是月球被觀察時視覺上的大小。當月球在近地點(月球軌道距離地球最近的位置)時,它在地球上看起來會較大,其通過地球本影的時間便會較短(圖三右方);而當月球在遠地點(月球軌道距離地球最遠的位置)時,情況則會相反(圖三左方)。換言之,當月球越遠離地球,月食過程的時間也會越長。
圖三
圖三
(為突出效果,所有圖中的天體大小及距離並非按照真實比例而繪製。)