天文動手做-觀測活動（17）月全食與紅月亮

◎文圖 中國科學院國家天文臺 郭紅鋒

月食發(fā)生的條件

大家都知道月球圍繞地球轉(zhuǎn)動，而地球帶著月球一起圍繞太陽轉(zhuǎn)動。如果三者運動恰巧連成一條直線，太陽光照射地球產(chǎn)生的陰影就可能落在月球上，也就是說地球的影子遮擋了陽光而發(fā)生月食（見圖1）。

如果太陽、地球、月亮三者在運動中總是在同一個平面上，那么月球每一個月圍繞地球一周，都有可能使三者連成一條直線。但天體在天空中運動是立體的，月球圍繞地球公轉(zhuǎn)的軌道（白道）與地球圍繞太陽運行的軌道（黃道）并不在同一個平面上，而是偏離一點角度，而且這個角度也隨運動而變化（4°57′～5°19′之間，平均值約為5°09′）。雖然偏離角度不大，但造成太陽、地球、月亮三者運動恰巧連成一條直線的情況不會經(jīng)常出現(xiàn)（見圖2），只在黃道與白道面的交線附近才有可能發(fā)生（見圖3），當然還有其他因素，使得月食一年中可能會發(fā)生1～2次。

月食的種類

月食是指當月球運行至地球的陰影部分時，因為太陽光被地球所遮蔽，人們從地球上看到月球缺了一塊或全部的現(xiàn)象。月食可以分為半影月食、月偏食和月全食3種。月食只可能發(fā)生在望前后（即農(nóng)歷十五前后）。

地球在背著太陽的方向會出現(xiàn)一條陰影，稱為地影。地影分為本影和半影兩部分（見圖4）。本影是指沒有受到太陽光直射的區(qū)域（假如在本影區(qū)里就完全看不到太陽），半影則是受到部分太陽直射的區(qū)域（假如在半影區(qū)里就可以看到部分太陽）。月球在環(huán)繞地球運行過程中進入地球半影區(qū)時，就會發(fā)生半影月食；月球整個都進入本影區(qū)時，就會發(fā)生月全食；如果月球只是部分進入本影區(qū)，則發(fā)生月偏食。月全食和月偏食都是本影月食。又因為地球的影子比月球大很多，所以不會發(fā)生因地球影子不夠大而遮不到全部月亮的情況，也就不會發(fā)生月環(huán)食現(xiàn)象了。

紅月亮

紅月亮又被稱為“血月”。實際上，紅月亮不僅僅在月全食時會發(fā)生，平時月亮很低的時候，它所反射的太陽光受到地球大氣層折射的影響，有時候也會發(fā)紅，只不過這時候月亮并不一定是“圓”的。

月全食時產(chǎn)生的紅月亮主要是因為全食階段的地球雖然擋住了直接照射的太陽光，但有一部分太陽光經(jīng)過地球大氣層折射后照到了月亮上。而大多數(shù)折射到月亮上的光是紅色或偏紅色的，因此月亮看起來呈現(xiàn)了暗紅色或古銅色。

月全食觀測

月亮進入地球影子的半影區(qū)，就會發(fā)生半影月食。此時雖然太陽光被遮住了一部分，但月亮看上去還是很亮，肉眼不容易察覺出來。

月亮進入地球影子的本影區(qū)，就會發(fā)生本影月食。此時我們從地球上看月亮，就會看到一輪明亮的月亮一側變黑（被黑影遮住，發(fā)生月偏食），接著月亮大部分直至全部變黑（月亮全部被黑影遮住，發(fā)生月全食）；過一段時間月亮先被遮住的一側慢慢露出亮光，此時月亮另一側仍被黑影遮住，繼續(xù)月偏食現(xiàn)象，直至全部露出明亮的月亮。整個月食過程（偏食和全食）一般要持續(xù)幾個小時，全食的過程有可能持續(xù)1個小時以上。這么長時間的月食過程對我們的觀測十分有利。

7月28日，我們即將迎來今年的第2次月全食奇觀（初虧為北京時間2：25，食甚為北京時間4：22，復圓為北京時間6：20），這次發(fā)生在凌晨到天亮的時間段，夜深人靜，有利于觀測。希望同學們準備好觀測設備、觀測地點和觀測步驟。

請注意，這次月全食雖然全球大部分黑夜區(qū)域都能看到，但不是每個地方都能看到全部月食過程。例如，北京地區(qū)的凌晨5點左右月亮就帶食落下了，只能看到初虧到全食的一部分過程。而在北京以西的同學則可以看到更多的月食過程，越往西看到的越多，甚至看到全部月食過程；反之越往東的同學看到的月食過程越少。

初級的觀測可以用肉眼或小望遠鏡觀察、用手工繪圖記錄，但這樣的記錄不夠準確。用單反相機直接拍照或者單反相機接在小望遠鏡（有相機接口的望遠鏡）后面拍照，是比較可行的記錄方法。有條件的同學或社團也可以到有固定望遠鏡和后端設備的學校里進行觀測和記錄觀測結果。

下面介紹用單反相機直接拍照，記錄月全食過程的步驟和方法：

1. 選好觀測地點，一般要選在月食過程中，從拍攝地面到天空中間沒有樓房、大樹等障礙物遮擋的空地（例如操場或小區(qū)花園）。2018年7月28日是農(nóng)歷十六，月全食從凌晨2：25直到早晨6：20，這期間月亮在天空較高處一直到西邊地平線附近。

2. 單反相機裝在三腳架固定在地面上，相機預先設置時間、日期、照片尺寸（最大）、夜間模式、手動（M擋）、手動調(diào)焦（MF）等；試著拍攝月面的細節(jié)，調(diào)節(jié)參數(shù)（光圈、快門速度、感光度等），控制進光量直到看清楚月面明暗細節(jié)（月面一片白說明曝光過度，需要調(diào)整參數(shù)減光）。

3. 從初虧開始，每隔10～15分鐘拍攝1幅（進入全食可以縮短間隔時間），直到復原。這期間月亮因為移動可能跑出相機視場，可用三腳架手柄搖動隨之調(diào)整方向；月亮被地影遮擋的區(qū)域在變化，亮度也會變化，可以調(diào)整拍攝參數(shù)以保證相機進光量合理，照片明暗合適。

4. 拍攝完成，選出合適的照片，合成1幅月食過程串，將是很好的觀測結果。當然每1幅照片拍攝好了，也可以單獨成為作品。

5. 很多地區(qū)的同學可以看到月亮帶食落下的美妙天象，這也是很難得的拍攝機會。同學們可以選擇月落點背景合適的位置，抓拍月食與地面景色融為一體的美麗瞬間。

6. 大部分地區(qū)月落的時候也是日出的時候，你可以在面向西方拍攝帶食月落之后，再轉(zhuǎn)向東方拍攝日出，后期合成為一幅日月同輝的珍貴美圖。

最終的結果（包括數(shù)據(jù)、照片等），請同學們打包用附件形式發(fā)送到郵箱：chinahou@bao.ac.cn或jswzkxsn2011@126.com。我們會給予評價和獎勵的哦!