月球正离开地球、所以我们再也看不到日食?

本文参加百家号 #科学了不起# 天文航天系列征文赛。

我在某处读到,由于月亮正背离地球退去,总有一天,将不会再有日全食。你知道这将在何时发生吗?

在很长时间内都不会,我敢说,至少5亿年或更久!

图解:2016年3月印尼巴厘巴板的日全食,图中左上方的亮点就是倍里珠

地月轨道和地球-太阳轨道都是椭圆形的,因此它们之间的距离会随轨道而变化。 可能出现日食的“最佳”时机是地球和月亮尽可能近(这时月亮在天空中显得很大)、而地球和太阳尽可能远(这时太阳在天空中显得很小)时。事实证明,在这一位置,天空中月亮的尺寸约比太阳大4.6%。

图解:灰色为月球轨道,蓝色为地球轨道,太阳位于图像左下方。可以看出月球绕日的轨道永远是凹向的。

这意味着,如果不再有日全食了,那地月平均距离需要增加4.6% - 在这种情况下,即使在最有利的时间点,月亮看起来也总是小于太阳。

地月轨道距离的4.6%约为17,000公里,考虑到月球离开地球的当前速度(每年3.8厘米),它达到该距离需要大约5亿年。

图解:MRO从火星轨道上拍摄的月球和地球。目前,地球的自转和一天的长度因为月球(质量是地球的1/81)的存在,每百年延长约2毫秒。

我认为这只是一个下限,实际上,月球离开地球的速度会随着时间推移而减慢。 (基本上,月球轨道增长,是地球表面潮涨拉动的结果。因此当月球移动得更远时,这些力会变小,它轨道的增速也会减缓。)查找所有方程式并尝试算出更准确的数字对我来说有点复杂,但我猜想可能会需要10到20亿年。

顺便说一下,月亮永远不会远离地球。整个过程将在大约150亿年后停止,那时地球、月球的旋转速度和月球的轨道周期都在55天左右 - 其时地月距离约比现在远1.6倍(这也假设地球和月球还能再存在150亿年,而它们有可能做不到,因为太阳会演变成红巨星)。

图解:地-月系统地图显示潮汐隆起如何被地球的自转推进。月球对这个隆起偏移量施加的净力矩,造成地球自转速度的减缓。

相关知识阅读

当月球整体或部分地遮挡了阳光、导致地球的一部分被月亮的投影所吞没,就会发生日食,它出现在太阳、月亮和地球形成一条直线时。这种对齐与新月(syzygy)重合,表明月亮距黄道面最近 。日全食时,太阳圆盘被月亮完全遮挡;在日偏食和日环食时,太阳只有部分被遮挡。

图解:日食发生时太阳、月球和地球的位置(不依照实际比例)

如果月球在一个完美的圆形轨道上、离地球稍近一点、且两者在同一轨道平面,那每个新月时都会出现日全食。然而,由于月球轨道与地球围绕太阳的轨道倾斜超过5度,它的阴影通常会错开地球。只有月亮在新月期间足够接近黄道面时才能发生日食。在每个交点月( 27.212220天)中,月球轨道两次在其轨道点穿过黄道;而在每个朔望月(29.530587981天)中,只会有一个新月。必须出现特殊情况,才能使二者巧合。因此,日食(和月食)只发生在食季,每年至少两次、至多五次; 其中全食不超过两次。

图解:A 本影区出现日全食。 B 伪本影区出现日环食。 C 半影区出现日偏食

参考资料

1.Wikipedia百科全书

2.天文学名词

3.curious- Dave Rothstein- Amy

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