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2014年9月20日 星期六

甲午(马)年八月廿七

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沙罗周期(沙罗周期)

“沙罗周期”是一个天文术语。沙罗周期是指长度为6,585.32天的一段时间间隔,每过这段时间间隔地球、太阳和月球的相对位置又会与原先基本相同,因而前一周期内的日、月食又会重新陆续出现。每个沙罗周期内约有43次日食和28次月食。

沙罗周期是日食和月食的周期,是指月球在它的轨道盘上运行一周(以便月球交点沿着轨道公转一周)所需的时间——223个朔望月,即223 × 29.53059 天 = 6585.32157 天,也就是18年零11.32天(如果有5个闰年就是18年零10.32天)。这是古巴比伦人对日食的观测后发现的其周期性,“沙罗”就是重复的意思。这个时间接近242个交点月(242 × 27.21222 天 = 6585.35724 天)。因为沙罗周期有0.32天的“零头”,因此必须等3个沙罗周期,才能在地球上的相似地点看到日食再次发生。世界各地在沙罗周期中的连续食,有三分之一的是通过这种方式发生的,在3个沙罗周期后,即54年零33天后,日食几乎又在相同的地理位置出现。12个不同的主要沙罗日食(Grand Saros eclipse)现在正在发生,其中一个的食分别发生在1937年、1955年、1973年、1991年和2009年,每一次食的持续时间都在7.5分钟内。 发生在降交点附近的月食,属于奇数列的沙罗序列。这种序列的第一个月食发生时,月球穿越地影的南缘,然后在每一次的沙罗周期中逐渐北移。 “沙罗”一词在拉丁语里就是重复的意思,每个沙罗周期平均约有71次交食,包括日食43次,月食28次。有了沙罗周期,我们就可以预报月食了。例如1991年7月11日,发生了一次月全食,掩食带穿过拉丁美洲及太平洋地区。人们往前推18年零11天,1973年6月30日一定也发生了一次日食,那次日全食的掩食带横穿了非洲大陆。如果往后推一个沙罗周期的时间,人们就能算出2009年7月22日也将发生一次日食,这就是即将发生在中国长江流域的日全食。 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也具有其循环的周期性。有了沙罗周期,人们就可以预报日食了。例如1991年7月11日,发生了一次日全食,掩食带穿过拉丁美洲及太平洋地区。人们往前推18年零11天,1973年6月30日一定也发生了一次日食,查阅资料发现确有此事,那次日全食的掩食带横穿了非洲大陆。如果往后推一个沙罗周期的时间,人们就能算出2009年7月22日也将发生一次日食,这就是即将发生在中国长江流域的日全食。

沙罗周期是迦勒底人在西元前数个世纪发现的,后来传到了喜帕恰斯、普林尼和托勒密,但是都以不同的名称呈现。在苏美/巴比伦"SAR"这个字是测量上的单位,数值大约是3600。"沙罗"是在1691年才被爱德蒙·哈雷用来描述食的周期,而他是从11世纪的拜占庭苏达辞书转换过来的。虽然在1756年Guillaume Le Gentil指出哈雷的名称是错误的,但是这个名词仍然被继续使用着。 古巴比伦人可能是最早洞察这种规律的民族,他们很早就发现了“沙罗周期”。所谓“沙罗”,拉丁文中的原意是“重复”的意思,沙罗周期长约6585.32日,相当于18年又10.3或11.3日(视这18年中有5个还是4个闰年而定)。这就是说,它们在一个沙罗周期后,会重现当年的天象——不过,食的类型,是全食还是偏食,能够见食的地域在哪里,却总会有一些差别。例如, 1980年2月16日(春节),在中国西南发生了一次日全食;可以肯定,在6585天之前的1962年2月5日,必定也发生过一次日食——印尼的一次日全食;而那以后的6585天,即是1998年2月27日也一定有某个地方——南美洲——有一次日(偏)食,余下可以类推。 古巴比伦人当然是从长期的实际观测中,依靠经验得到这个规律的。实际上,这是2个周期——朔望月与“交点月”的公倍数问题。前者长为29.530588日;后者是月球通过它的轨道与黄道交点的周期(这是发生日月食的必要条件),约为27.212220日。经过一些换算可知:242个交点月正巧与223个朔望月的长度都是6585天。即: 27.212220 × 242 = 6585.35724 29.530588 × 223 = 6585.32157 二者仅相差不到0.036日或50分钟。显然这是非常了不起的。我国古代同样也有值得骄傲的地方,也曾提出过多种类似的日月食规律。如汉代的《太初历》中,就有一个“三统历周期”,它长135个朔望月即3986.62965日,这与146.5个交点月(3986.59023日)大致相等。在唐朝时,有位天文学家、数学家李淳风,他对日月食的预报已经十分娴熟,相传他在事先算出,贞观八年五月辛未朔(公元634年6月1日)将有一次日全食后,按规定及时上奏了朝廷,可当时唐太宗对于这位年仅32岁的“太史令”还不够信任,所以问道:“日或不蚀(食),卿将何以自处?”李淳风胸有成竹,从容回答:“如不蚀(食),臣请死之。”若不是有非常的把握,谁敢以自己的性命来作担保?当然最后的结果是一场喜剧,有惊无险,但李淳风从此声名大振,也获得了唐太宗的充分信任。

18年11天8小时的沙罗周期用来预测相同食的再度发生上非常有用,因为他和月球轨道的3种周期有关:交点月、近点月和朔望月。当食发生时,不是月球位于地球和太阳之间(日食),就是地球介于太阳和月球之间(月食),这种现象只有在新月或满月才会出现,因此决定月相变化的朔望周期,29.53天,就有关系了。但是,并不是每次的满月或新月,地球或月球的影子都能落在相对的天体上,因此食要能发生,这三个天体还必须接近在同一条线上,这种情况只会出现在月球穿越黄道面上的两个交点(升交点或降交点)之一时,月球穿越黄道面上同一个交点的周期经测定是27.21天。最后,如果食要有相同的现象和持续时间,那么这两次食的地球和月球还要有相同的距离,要出现相同距离的周期是近点月,时间间隔是27.55天。 沙罗周期的起源是223个朔望月的时间长度大约与242个交点月相似,有与239个近点月接近 (大约只相差不到2小时)。这意味着经过一个沙罗周期,月球所经历的朔望月、交点月和近点月几乎都是整数,地球、太阳和月球三者的几何关系几乎完全一样:月球在相同的交点上,有着相同的相位和与地球相同的距离。知道在某一天曾经发生一次食,则经过一个沙罗周期之际,几乎一样的食将再度发生。然而,沙罗周期 (18.031年)与月球的进动周期 (18.60年)并不相同,因此即使地球、太阳和月球三者的几何关系几乎完全一样,但以恒星为背景的月球位置仍然不同。 沙罗周期的日数包含了⅓天的分数,不是整数使得问题更为复杂。由于地球的自转使得使得经过完整的沙罗周期当天发生的食将延后约8个小时。在日食的情况下,这意味者能看见日食的区域将西移120°,或是三分之一个球面,因此在相同的地点上,每3次只能看见其中的1次。在月食的情况下,下一次的月食在相同的地点上看见月球在地平线上的时间可能是一样的长,但如果等待三次沙罗周期(54年1个月,几乎大约就是19756日)之后的月食会在当天几乎相同的时间出现,这就是所谓的3沙罗周期或exeligmos (希腊语:“转轮”)。

如前所述,沙罗周期根据223个朔望月、239个近点月和242个交点月,但是因为相互的关系不是完美的,相隔一个沙罗周期的两次食,在几何的关系上还是有少许的不同。实际上,太阳和月球在合时的位置在每次沙罗周期的交点仍相差了大约0.5°,这牵扯出一系列的食,而每次看见的情形都有少许的改变,称为沙罗序列。 每个沙罗序列由偏食开始,每经历一个沙罗周期,月球的路径就会向北移 (经过降交点的食) 或向南移 (经过升交点的食)。在某一个点上,食不再能够发生,这个序列就结束了。在西元前2000年至西元3000年,每个序列大约持续1226年至1550年不等,每个序列有69至87次的日食,大多数都是71或72次。每个序列有39至59次中心食(多数是43次,包括全食、环食与全环食)。月食的序列没有这么长,任何时间都有大约40个不同的沙罗序列在进行中。 无论月球在降交点或升交点 (日食或月食),沙罗序列都以数字来编号。奇数的数字表示发生在接近升交点的日食,偶数的数字表示发生在接近降交点的日食;但在月食这种数字的搭配是相反的。沙罗序列的编号是以最大食出现,也就是最接近交点的时间来排列的。以2008年为例,共有39个 (117至155 ) 日食的沙罗序列在进行中,而月食则有41 (109至149 ) 个序列在进行中。

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更新时间 : 2014-05-25

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