1、第五章第五章 地球和月球地球和月球East China Normal UniversityEast China Normal University第十一节 日食和月食一、日月食和天体的影锥q 影锥分类v 本影：在太阳照射下，地球和月球都在背太阳方向拖着一条很长的影子，它主要部分是一个以其顶端背向太阳的会聚圆锥，太阳光辉全被遮蔽。q 半影：在影区内，得到部分的太阳光辉。q 伪本影：在半影、本影的延伸部分，是一个与本影同轴而反向的发光圆锥，得到太阳边缘部分光辉。q 半影和伪本影的不同部分，明暗程度不同：愈接近本影，愈阴暗；离本影愈远，日轮被遮蔽程度愈远，愈明亮。East China Normal
2、Universityq 本影长度v 天体半径愈大，距离愈远，其影锥愈长；v 地球本影平均长度：1 377 000km；v 新月时，月影平均长度：374 500km（略小于月地平均距离）。East China Normal University二、日月食种类q 日食种类v 日全食：月球本影笼罩的地面；v 日环食：月球伪本影笼罩的地面；v 日偏食：月球半影笼罩的地面。q 月食种类v 月全食，月球全部隐入地球本影；v 月偏食，月球部分进入地球本影；v 无月环食。月食的动态演示East China Normal Universityq 日月食过程v 日食过程：月轮向东赶超并掩蔽日轮的过程月球和太阳都在
3、天球上向东运行，月球以恒星月为周期，速度为1310/日，太阳以恒星年为周期，速度为59/日，显然，月球以1211/日的速度，自西向东追赶太阳和地球的本影。East China Normal Universityv 日食从日轮西缘开始，于东缘结束；v 月食过程：月轮向东赶超地球本影，从而被掩的过程；v 月食从月轮东缘开始，于西缘结束；v 全食的三个阶段：偏食全食偏食（日环食没有全食阶段）East China Normal Universityv 全食的四个食相：初亏食既（食甚）生光复圆（偏食没有食既和生光）；v 食甚：日食和月食过程中，月轮中心与日轮地本影截面中心最接近的瞬间；v 食分：食甚时月
4、轮或日轮的被“食”程度。（以日月视直径为单位）。East China Normal University图5-1 日全食的过程（一）此图在假定日、月没有周日运动条件下，表示同一地点所见的日全食过程。East China Normal University 月球向东赶超太阳的运动，是在二者各自向西周日运动过程中发生的，具体情况又因纬度、季节和南北半球而不同。1.天赤道向南倾斜，天北极为仰极，可知是在北半球；2.天赤道与地平圈交角为当地余纬，故纬度为45 N；3.太阳周日圈(赤纬)在天赤道以南，故北半球正值冬季；4.日、月正在向西方地平下落，可见时间接近傍晚。图5-2 日全食的过程（二）East
5、China Normal University日日 全全 食食日食的带食而没日食的带食而没East China Normal University图5-3 月全食的过程（假定地球影锥在天球上的位置不动）East China Normal University四、日月食的条件q 日食条件：日月相合于黄白交点或其附近q 月食条件：日月相冲（望）于黄白交点或其附近East China Normal University图5-4 日月食的条件：交点附近的朔和望East China Normal University五、食限和食季q 食限v 日月两轮相切时，黄白交点到日轮中心的一段黄经差，叫日食限。（若
6、以日月相冲取代日月相合，以地球本影截面取代日轮，则为月食限）；v 食限的大小取决于黄白交角、日地距离和月地距离；East China Normal University图5-5 日食限 日月两轮项切时，自黄白交点至日轮中心的一段黄道弧长，即此刻日轮中心与邻近的黄白交点的黄经差。East China Normal Universityv 黄白交角愈大，日食限和月食限愈小；v 月地距离愈大，月轮的视半径愈小，日食限和月食限愈小；v 日地距离愈大，则日轮的视半径愈小，日食限愈小；但地影截面的视半径却增大，因此月食限愈大；v 日食限月食限（不计半影食）。East China Normal Univer
7、sityq 食季v 太阳经过食限的一段时间叫食季，大体上说，一年有两个食季，相隔约半年；v 食限愈大，食季愈长。根据食限的大小和太阳周年运动的速度（59/日），可以推算食季的约略日数；v 就全球而论，发生日食的次数比月食多，对一地而言，见到月食的次数远多于日食。East China Normal University六、日月食的周期q 沙罗周期v 与日月食相关的天文周期，如朔望月、交点月、交点年和近点月的共同周期(最小公倍数)，称为沙罗周期；v 沙罗周期长6 585.32日，合18年11.32日；East China Normal Universityv 经历一个沙罗周期后，日、月、黄白交点三
8、者相对位置及月地距离远近，长度相同；v 一个沙罗周期内，大体上有相同次数和种类的日、月食；v 每一次日月食，都要在一个沙罗周期后重复出现。East China Normal Universityq 沙罗周期没有绝对意义v 非太阳日的整数倍，对应的二次日、月食不发生在同一日内的同一时刻；v 非严格地等于交点月、近点月和食年的整数倍，对应的日、月食只是大同小异，并非完全一样；v 总之，未包括同日月食有关的全部因素；v 不能代替日月食的具体推算。East China Normal University第十二节 海洋天文潮汐一、潮汐现象q 潮汐涨落v 从局部地区看，潮汐是周期性海面升降；v 涨潮和落潮
9、：周期是半太阴日（约12时25分）East China Normal Universityv 潮差：高潮和低潮的水位差；v 大潮和小潮：潮差最大时和最小时的潮汐；v 波和潮流：海面垂直升降和海水水平流动。East China Normal Universityq 地球的潮汐变形正球体变成长球体v 太阳对地球的引力，整体上为地球绕转太阳提供向心力；v 地球各部分受“差别吸引”，使它发生潮汐变形；v 同理，月球的“差别吸引”，使地球在绕转月地共同质心中发生潮汐变形。East China Normal University图5-6（上）太阳的引力使地球不断地从它的惯性直线路径“落入”自己的轨道。图5
10、-7（下）潮汐变形East China Normal Universityq 引潮力v 引潮力及其分布：引潮力是一地所受天体引力同全球平均引力的差值；正反垂点的引潮力最大。v 引潮力方向：两头（垂点）向上，中间向下；v 潮汐隆起：向月（日）为顺潮；背月（日）为对潮。East China Normal University图5-8 引潮力及其分布细箭头为平均引力，粗箭头为实际引力，双线箭头为引潮力。引潮力=实际引力 平均引力。正反垂点的引潮力最大。图 5-9 引潮力的水平分力都指向正反二个垂点，并在那里形成二个潮汐隆起，使地球由正球体变成长球体。图5-10正反垂点的引潮力向上，中间的引潮力向下，
11、地球由正球体变成长球体。East China Normal Universityq 引潮力的因素v 对正反的正反垂点而言，引潮力的因素有三：天体质量m，天体距离d和地球半径r；v 引潮力公式的导出：按引力定律，在正反垂点所受引力分别为：East China Normal University12()Gmfdr；22()GmfdrEast China Normal University正垂点的引潮力为：1022()GmGmFffdrd与d相比，r值是很小的。为简便起见，分子分母 均略去括号内的r，使得同理反垂点：32GmrFd32GmrFd 222222)()2()()(drdrrdGmdrdr
12、ddGmv 引潮力的大小，同天体距离的三次方成反比；v 上述公式不是引潮力普遍公式，且是近似的，但可以用比较太阴潮和太阳潮的相对大小；v 公式中2，G，r都是常数，不同天体的引潮力大小，仅取决于天体的质量m和距离d；v 太阴潮太阳潮（2.2：1）。东汉王充“涛之起也，随月盛衰”。East China Normal University 三、海洋潮汐的规律性q 潮汐的基本周期v 每太阴日二次高潮和二次低潮；v 每朔望月二次大潮和二次小潮；v 逢朔望发生大潮（初一、月半）；v 逢上下弦发生小潮（初八、廿三）。East China Normal University图5-11 潮汐的基本周期：每太阴
13、日二次高潮和二次低潮图5-12（上）逢朔望发生大潮（下）逢上、下弦发生小潮q 潮汐的复杂性v 日潮不等：若月球赤纬不等于零，它的两个垂点分居南北两半球，以致同一纬度（除赤道外）的顺潮与对潮有所不同，造成一日内二次高潮之间的差异；v 回归潮：月球赤纬愈大，日潮不等愈显著，赤纬最大（2835）时发生的潮汐；v 半日潮：在赤道上，一太阴日内有等高的二次高潮和低潮，间隔均匀；East China Normal Universityv 全日潮：其它日期，在90范围内，纬线全线位于顺潮（或对潮）半球内，以致那里每太阴日只有一次涨潮和落潮；v 混合潮：在其它纬度带，每太阴日虽有二次涨潮和落潮，但高度有所不同，涨（落）潮历时也有差异；East China Normal Universityv 二分潮：春秋二分前后的朔望，日、月都在二分点附近，太阳潮和太阴潮潮汐隆起最为接近，潮差特大，日潮不等现象不显著；v 二至潮：冬夏二至前后的朔望，情形有所不同；v 近地潮与远地潮：近地点时的太阴潮比远地点时要大39.1%；v 而潮汐摩擦：潮流对海底的摩擦作用。East China Normal UniversityEast China Normal University
