201639日在天空即將上演難得一見的日食景象,而在台灣可以看到食分約0.37的日偏食。初虧時間約為8:13,復原時間為10:12。科技部科學志工火車頭辦公室與嘉義市天文協會合作,在嘉義地區推動日偏食聯合教學觀測活動,並進行聯合網路直播的工作,成為全國首次利用網路即時串聯的方式,將各校現場觀看日食的過程進行整合,來推動特殊天象觀測活動。目前共有25所國中小、幼兒園參加。在這段期間,學生將先進行室內的「認識日食及安全觀看」的課程,3/9當天預計有超過25000人,會使用針孔投影法、望遠鏡投影法以及猴年日食觀測帽、來觀看這次的日偏食。

    至於什麼是日食,以及如何安全觀看日食,請看下面的介紹。

 

    今年的39日這一天,當您8:30要上班上課的時候,如果仔細觀察路旁樹葉縫隙的光影,你將會發現,在地上的不是一顆一顆完整的橢圓形的太陽光影,而是月芽形狀的光影,當你抬頭起來看看太陽,會發現它耀眼依舊,沒有任何明顯的異狀。不過如果這時候您剛好在赤道附近的印尼,就會發現當天天亮之後,隨著太陽越升越高,太陽光似乎越來越黯淡,就在那一瞬間,大地又暗了下來,就像是天黑了一般,天上又出現了幾顆明亮的星星。自然界的蟲魚鳥獸也會感受到這異常的氛圍,紛紛的再度回巢或大聲鳴唱。這的確是異象發生了,但並不是世界末日要到了,而是日食發生了。

    什麼是「日食」?簡單的來說,從地面上看起來,月球的直徑跟太陽的直徑差不多大,所以每當月球運行的軌道,跟太陽所在的位置互相重疊時,就會發生「日食」。(圖一)

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(圖一) 從地面的角度看日食發生示意圖

在四百年前,當伽利略開始用望遠鏡觀察天空,許多觀察的證據,逐步的證實了哥白尼所提的「太陽中心」的學說。於是我們對於日食跟月食的發生原因,便有更簡單,但是更詳細的解釋。

    根據哥白尼「太陽中心學說」的理論。地球繞著太陽公轉,而月球也繞著地球在公轉。

所以每當月球運行到太陽跟地球中間的時候,月球的影子就會落在地球表面上,在影子裡面的人就會看到「日食」的現象。(圖二)

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(圖二)從太空的角度看日食發生示意圖

<日食的種類與特色>

      大致上來說,太陽的直徑是月球的400倍,而太陽到地球的距離,也大約是月球到地球距離的400倍。這個巧合的數字,再加上一些小小的變化,就會形成不同的日食現象。在太陽系中並不是每個行星都會看到這麼多采多姿的日食喔!這可是地球人獨享的呢!

  而這小小的變化,則是因為當地球在太陽系中繞行太陽的時候,地球的軌道是呈現橢圓形的,所以跟太陽之間的距離每天不太一樣。而月球繞地球的軌道也有相同的情況,雖然最遠跟最近的距離相差不大(以太陽係的尺寸來說)。不過這微小的差距,就是造成不一樣的日食關鍵原因喔!

    如果發生日食的那一天,月球離地球比較近,那麼在地面上看起來,月球就會比太陽還要大。這時候月球能夠把太陽完全遮住,就形成了日全食了。(圖三)

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(圖三)日全食示意圖

    當發生日食的那一天,月球離地球比較遠,在地面上看起來,月球就會比太陽還要小。當月球跟太陽完全重疊的時候,就會留下一圈明亮的太陽,這就是日環食。(圖四)

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(圖四) 日環食示意圖

    另外,不在日食帶中央的人看到月球只遮住太陽的一部份,或是在進入日全食或日環食之前,所看到的現象,都稱為日偏食。 

  <日食過程的階段>

天文學家為了能夠彼此傳遞正確的預報資訊,會把日食和月食的過程分成不同的階段。在中國古代天文學家把日全食分為五個階段,而現在西方的科學家則分為四個階段。(圖五)

    不論是那種分類的方法,都是依據太陽和月球的相對位置來規劃的。以中國古代的分類方式來說。當月球的西邊開始接觸到太陽的東邊,稱為「初虧」。這表示日食已經開始發生了。當月球的西邊接觸到太陽西邊的時候,也就是看到第一次鑽石環的時候,稱為食既,也就是太陽完全被吃完的意思。

    第三個階段是月亮剛好和太陽跟地球成一直線,稱為食甚(的意思就是最大的意思)。接著月球繼續緩慢的移動,當月球的東邊,接觸到太陽的東邊,就稱為生光,就是可以看到第二次鑽石環的時候。最後一個階段復原,指的就是月球的東邊接觸到太陽的西邊,這時候從地面上看起來,月球已經完全離開太陽表面,也就宣告了日食已經完全結束了。

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(圖五) 日食過程的階段

如果是日環食,一樣有五個階段。因為看到的現象有些不同,所以把「食既」稱為「環食始」,「生光」稱為「環食終」。當然嘍!如果是日偏食,只有初虧、食甚跟復原三個階段。西方的科學家,則是直接依照太陽月亮邊緣接觸的順序稱為「第一接觸點P1」(初虧)、「第二接觸點P2」(食既)、「第三接觸點P3」(生光)「第四接觸點P4」(復原)。另外有個「最大食分」來表示食甚的階段。

<今年39日的日食>

   今年39日的可以看到日全食的區域,主要是在印尼及太平洋的區域(兩條藍色線區域內)(圖六),而台灣大約在食分0.37的地方,可以看到日偏食的景象。根據電腦模擬運作,初虧時間大約是8:13,食甚9:10,而復原則是10:12,歷時約2個小時。(表一)

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(圖六)日食發生區域圖 ( NASA/GSFC)

 

(表一)台灣地區日偏食發生概況預測圖

圖示

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階段

初虧

食甚

復原

台灣時間

8:13

9:10

10:12

  當然你現在已經提早知道39日會發生日偏食,所以看到了月芽狀的太陽光影時,並不會太過驚慌,甚至會想要把日食的過程看的清楚一點,或是用相機、錄影機記錄下來。由於太陽是一個非常明亮的天然光源,一定要有適當的措施來觀察太陽,才能安全舒適的觀察這個過程,以下是幾個可以採用的方式。

   方法一:針孔成像:可以準備兩張不會透光的紙,一張用鉛筆在上面戳一個洞,另一張可以放在地上。把戳洞的紙上下移動,離地面大約1公尺的地方,讓投影下來的太陽光能看到清晰的邊緣,這樣就可以了(圖七)

 

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(圖七)針孔成像

 

                   您也可以戳上自己的名字,或是特出的圖案,當日食發生的時候,就可以看到每個洞都投影出一個個缺了一角的太陽。(圖八)

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(圖八)針孔成像

 

               事實上,只要是有洞的東西,都可以有同樣的效果,例如:有洞的餅乾,有洞的洗菜籃,甚至用手交錯做出來的洞也可以喔!想一想還有哪些東西也可以產生類似的效果呢?準備一下,722當天就拿出來用吧!

    方法二3D立體眼鏡觀察法。目前有許多的科教館所或是遊樂場都由3D立體劇場的節目。如果他的立體眼鏡是可以帶回家的,記得要保留下來。最好能夠收集到三幅以上。因為立體眼鏡運用的是偏光鏡的效果,偏光鏡可以隔絕部分的光線。如果把他正反正反的互相黏貼起來,就可以達到相當不錯的減光效果,拿來直接觀察日食。(圖九)

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圖九 3D立體眼鏡日食觀看鏡製作

   

 方法三:太陽濾鏡紙觀察法:國外有廠商製作專門觀察太陽的濾鏡膜,裁剪需要的大小形狀,再進行加工固定就可以了。(圖十)

 

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(圖十)太陽濾鏡紙觀察


   

    方法四:天文望遠鏡投影法:如果學校或個人擁有天文望遠鏡,這時候就可以在望遠鏡目鏡座的地方安裝太陽投影板,適當調整望遠鏡焦距和投影板的距離,就可以開始觀察了。這時候可以在太陽投影板上放一張畫好圓圈的紙,把每個時刻的太陽形狀勾畫出來,就可以進行觀測記錄了!(圖十一)

 

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(圖十一) 天文望遠鏡投影

用天文望遠鏡投影方法一定要記得,不可以用眼鏡直接透過望遠鏡觀察太陽。使用尋星鏡調整太陽影像的時候,也一定要用投影的方法來調整。對準太陽後,記得把尋星鏡的蓋子蓋上。以避免聚集的光線燒壞任何物品。

方法五:透過網路直播的方式觀察日食。目前嘉義市天文協會已經籌組日食觀測團隊,預計在日食期間前往印尼加里曼丹島,在全食帶將日全食所有的過程,使用網路傳輸的方式傳回台灣。而國外研究機構也運用各種交通工具和技術,在日食進行網路直播。國內也有許多天文台和學校預計在當天舉辦日偏食觀測活動,您可以在透過這個網站,獲得這方面的資訊。諸羅城的星空 http://drawsky.ltes.cy.edu.tw/。(撰文/嘉義市科學志工隊)

 

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106年科技部科學志工火車頭計畫

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