月全食觀測指南

2018年元旦過後接下來距離今年最精彩的天象奇觀也不遠，在臘八節（1月24日）這天可以說距離月全食開始僅剩下一個星期的時間，這裡就要重點告訴大家本次月全食的觀測指南。

這張氣象圖就是天文觀測台的氣象預測的2018年1月31日12時全國的氣象，通過這張氣象圖可以直觀地發現空氣流動整體是自東向西流動，也就是說大約在晚上月全食發生的時刻藍色區域內可觀測到月全食，其餘全白色的區域由於雲層厚度較大無法觀測月全食。

本次月全食是本世紀全食時間最長的一次，食既時間為20:51，生光時間為22:08，持續時長約1小時17分，這樣的「超級月全食」平均150年可見一次，雖然在2018年7月28日還會出現月全食，且全食時達到1小時42分鐘，但是由於大部分地區都只能觀測到前半段，因此觀賞性不大。

上面說了一下月全食的發生時間，接下來要說的是月全食觀測時需要注意的事項：

1.要看月全食首先要保證在月全食當天的天氣良好，如果遇到陰天或雨雪天氣則很嫩觀測到月全食；

2.在確定天氣的情況下盡量找到一個視野開闊的地理位置進行觀看，保證在月全食開始前就能觀測到月球；

3.觀測時除了天氣和視線之外最重要的就是要保證不會受到人造光源的污染，總所周知光是一種電磁波，在強光的影響下很難一旦進入全食階段就很難觀測到月球的存在，因此要重點注意月全食觀測時周圍的人造光源。

因此在觀看月全食的時候要重視地點的選擇，以防視線不好應影響月全食的觀看效果。除此之外需要注意的就是當晚的星象，也就是各星座的位置，幸運的話可以看到流星或者其他天體的運動。如果在月全食發生時月球附近形成一等或者二等恆星構成的眾星拱月對比效果會更好看，例如2011年12月10日月全食發生時伴隨有大量的流星雨，類似的天文現象在2009年同樣出現過，但當時是日全食，2009年7月22日日全食發生時在日冕外可看見一個比較暗的亮點，這個亮點就是水星。

可能很多人都會認為月全食的計算難度比較大，但是真是的計算情況到底如何？

實際上計算日月食的時間並不難，如果把從小學到大學的東西都用上來的話可以這樣說：

利用小學和初一的知識（即使沒接觸過函數）也可以計算出月全食或是日食出現的時間，首先我們知道的幾個常識就是地球的半徑，地月半徑的比值，月球圍繞地球旋轉的周期以及月球與地球間的平均距離和最大距離，並且知道太陽的直徑，因此可以通過初中地理得出地球與月球的最短距離，地球和太陽的比例，這樣就可以推算出來地球的本影長度為多少，月球繞地運動的周期和黃赤交角也就知道了。如此一來便可以計算出來月球在那些區域運動時會發生月全食現象，之後可以用公倍數進行計算，依次由最小公倍數進行推理得出月全食的準確時間以及日食的準確時間，而這種方法僅僅是小升初一年可以使用的計算方法。

講完小學以及初一用的計算方法可以再提高一個層次，也就是高中計算月全食用的計算方法，如果有些人的學歷是高中學歷，而且高一高二的解析幾何學得不錯這種方法可以使用，高中計算月全食主要有兩種簡便的方式，第一種適用於高中數學較好的文科生，也就是直接使用三個圓的方程進行空間幾何計算，最後會算出一組數字（三個方程分別為月球運動軌跡，地球自轉時所在區域的運動軌跡，地球繞日的運動軌跡）當三個軌跡之間的位置關係依次為日，地，月，並且月球的位置剛好位於地球本影的位置時就表示會發生月全食；第二種方式更加簡潔，但這種方式適用於高中物理和高中數學掌握的非常透徹的人，首先可以建立一個空間解析幾何模型，之後使用萬有引力定律、圓周運動定律，以及橢圓的軌跡方程結合三維空間中的多值函數進行計算，同時再把地月距離，地日距離，日月距離建立成多個斜率不同的一次冪函數，這樣來解除方程的有序實數對構成的數列就是不同的月全食時間，同樣用這種方式也可以計算日食時間，並且較準確的計算出日食的軌跡以及是日全食還是日環食（利用小學初中的方式同樣可以準確地計算出來時間，但是由於沒有更準確的方程無法快速地計算出超過1.5個世紀的日食時間）。

如果說有些人已經接觸了微積分，微分方程的話就更方便解出這些天象的時間，可以通過月球的比例計算出地月距離以及月球運動的切線方程，同樣可以通過這種方式計算出地球運動的切線方程以及地球自轉的切線方程，將三個方程結合計算它們的積分方程之後就可以得到標準的運動軌跡方程，再結合數論中的同餘方程進行解餘數，並另設一條函數對餘數進行約束，這樣不僅能解出日月食的時間，還可以推算出距離下次月食或日食出現的剩餘時間。

但即使如此計算的時間在上百年之後也會出現非常大的偏差，這時如果你掌握了物理學中對引力計算的巔峰理論——《廣義相對論》之後就可以非常準確的計算出這一時差並對其修正。但是利用廣義相對論計算天文現象雖然準確，卻因為其計算過程較複雜，計算量極大而讓人頭疼。如果使用廣義相對論計算這一運動軌跡可以直接使用愛因斯坦引力場二階微分方程對其進行計算，但是計算方式與上述相似。

講到這裡，對於初中以及初中以上學歷畢業的人來說應該是一個比較好的學與用的思路，而這種計算形式剛好是目前所需的計算方式，一旦掌握就可以輕鬆地利用中小學知識來計算一些看似比較複雜的現象，這也是我之前在預報月全食的時候所說要提供的一些科普內容，有興趣的朋友可以嘗試去找一些相關的信息計算一下這些天文現象，也可以之後的某次月全食作為已知的答案進行數學驗證。

文章的最後希望各位想觀看本次超級月全食的朋友一起到最佳的地理位置觀看月全食，如果天氣恰好不適合觀看不用擔心，本次月全食由於其約150年出現一次，國家一些喜愛自然科學的電視頻道已經預備好了月全食的現場直播，即使不能在電視前觀看直播，本人也將在月全食當天根據天氣情況進行月全食的網路直播，有興趣的朋友可以在now直播上觀看網路直播，有些問題我也會當面作出回答。

有興趣者可以滑動到下方關注本人微信公眾號

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