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為什麼在整個日食期間看不到月亮？

2021/12/25

在全食開始出現之後天空將會變暗，太陽的日冕會出現。但遮住太陽的月亮仍然是看不見的。圖片版權：2008 Hana Druckmüllerová

【博科園-科學科普】日食期間的全食時刻對於任何有經驗的人來說都是罕見而特別的。只有當太陽、地球和月亮正好在月球足夠近的時候，才能阻擋太陽的圓盤。當月亮的影子落在地球上時，天空變暗，恆星、行星和太陽的日冕在白天都能在人眼可見。然而對於那些見過新月的人來說，有一種景象不見了：月球本身的表面，通常被地球所照亮。對於那些經常看月亮的人來說，這可能是一個令人困惑的驚喜。

一輪薄薄的新月，就在新月之後的一天，剩下的圓盤仍然由地球上反射的光照亮。圖片版權：Neal Simpson of flickr

月球非常接近於一個球體和所有的天體(包括地球)一樣，它的50%在任何時候都被太陽照亮。當月亮與太陽非常接近的時候，它出現在一個「新」或「幾乎是新的」(新月)階段，因為它被照亮的半球大部分是遠離地球的。但由於地球反射的光，你仍然可以看到未直接反射太陽光的部分。即使直接的陽光不會落在月球上，地球上反射的光也照亮月球。

月亮需要超過27天才能地球軌道360度旋轉和超過29天再次從新月到新月。隨著月相的周期，月亮的部分被太陽照亮——以及月球接收到的地球反光量的變化。圖片版權：Wikimedia Commons user Orion 8

想象地球就像一面鏡子，這可能是一面相當糟糕的鏡子，反射的太陽光只有30%左右，但也足夠大的反射到地球的大部分陽光都會落到月球上。如果你站在月球表面的「新月」階段，看向地球你會看到一個物體，它的亮度是太陽的1 / 10000。

地球在月球表面升起的地方，太陽幾乎不在月球表面。圖片版權：Japan Aerospace Exploration Agency, JAXA / NHK, Kaguya (Selene)

這盞燈將會比滿月的亮度要亮40倍以上。地球反射到月球上的光是如此之大，即使在一個完美的新階段，即使在日全食時月亮仍然比天狼星亮150%，是夜空中最亮的星星。在日全食的最大時刻肉眼可以看到幾十個(如果不是幾百個)星星，它們都比新月弱。

在全食過程中，你會看到很多東西，從地平線上的光到太陽正在改變的日冕到白天天空中的星星。但你就是看不到月亮。圖片版權：Luc Jamet

但是儘管你可以看到，即使是在日全食時人類的眼睛也無法看到新月的表面。事實上只有當你用相機拍攝了一個長時間曝光的照片，你才會看到除了月亮在天空中所處的完全黑暗之外的其他任何東西。光確實在那裡但是你的眼睛完全無法感知它，即使在天空變得如此黑暗的時候，也可以看到數百倍的微弱的物體。

日全食的景象在總體上是壯觀的，但即使恆星和日冕都是可見的, 月球的表面卻看不到。圖片版權：Beawiharta/Reuters

這是為什麼呢？同樣的原因如果你不能在晚上看到星星，如果它們離滿月太近了，那還有比新月更明亮的東西？那是太陽的日冕！在超過100萬度的溫度下，日冕在沒有日食的情況下是不可見的，因為太陽本身就在它旁邊發光。但太陽的日冕幾乎像滿月一樣具有內在的明亮性；如果它的位置離太陽那麼近你就能在白天看到它。

太陽的大氣層並不局限於光圈或日冕，而是延伸到數百萬英里的空間，即使在非耀斑或彈射條件下。多虧了日冕儀的掩蔽技術我們可以從地球或太空中看到它。圖片版權：NASA's Solar Terrestrial Relations Observatory

從天文學上來說，如果你要建造一個能阻擋太陽的圓盤而不是日冕的裝置，你可以看到太陽白天炙熱的外層大氣，這種裝置被稱為日冕儀，自1930年代以來，天文學家就利用它們來觀測日冕。然而沒有人能太陽的光輝壓倒了日冕的亮度，亮度是40萬倍差距，離你的距離也太近了。這種情況非常類似於日冕和新月之間的總體情況。

在月食的部分階段與更明亮的太陽相比，月亮顯然是不可見的。但即使是微弱的日冕也能顯著地超過月亮。圖片版權：Matt Hecht

地球的光芒照亮了月球的表面，新月的臉比天空中最亮的星星還要亮150%。但日冕比新月亮一萬倍，而且距新月中心只有1 / 4的距離。你的眼睛可能足夠敏感，可以看到像新月那樣明亮的東西，但如果有一萬倍的亮度，那就不是那麼亮了。如果你站在離25瓦燈泡遠20英尺(6米)的地方，你就不會看到一隻螢火蟲從燈泡中發出一英寸(2.5厘米)的光，這是為了從螢火蟲身上拿走任何東西。

螢火蟲也能會發出光，並綻放一場壯觀的表演，但光度只有0.025，它們需要遠離任何其它更明亮的光源才被看到。圖片版權：Otto Phokus / Flickr

在新月的情況下能吧太陽的電暈把它抹掉，月球仍然被照亮這就是為什麼攝像機可以捕捉到它的細節。但同樣的日冕也提供了如此壯觀的景象，這也使得我們很難看到它周圍的任何東西。這不僅適用於滿月也適用於最接近太陽的恆星也是測試愛因斯坦相對論的關鍵！

2016年日食的32幅圖像被組合在一起，以產生這種複合土星，不僅展示了日冕和等離子體在光圈上方的背景，還包括在月球表面被地球照亮的表面。被照亮的新月，太陽的日冕圍繞著它，用肉眼看不見。圖片版權：Don Sabers, Ron Royer, Miloslav Druckmuller

有一些天文觀測即使有一個強大的望遠鏡，也只能靠攝影來捕捉。收集足夠的光線來對抗其他物體的亮度，這是人類肉眼所無法做到的。幸運的是這種技術在今天很普遍，它使我們能夠享受到我們眼睛無法看到的大量景象。在日食期間，可能是黑暗的但我們察覺到的黑暗是相對的。日冕在全食期間將成為天空中最亮的東西，然而月亮用人類的眼睛將完全看不見的原因。