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【日全食将横跨美国】地球最后一次日全食将在10亿年内发生

纵观人类历史,当新月在地球与太阳之间直接穿过时,发生了三件事,要么我们看到了日全食,月球离地球足够近,让它的影子落在上面:日环食,月球离地球太远,它的影子在到达地球之前就结束了:或者是一个混合的日食,日出/日落观测者看到日环食,正午的观测者看到日全食,在地球-月球距离的4000英里(~ 6000公里)的差距使得所有的不同。

【日全食将横跨美国】地球最后一次日全食将在10亿年内发生

在地球上日全食是可能的,当月球在一个新月阶段与地太阳平面相一致时,就会发生日全食,而且它离地球的阴影很近。这在地球历史上已经发生了30亿次,但不会持续太久。图片版权:flickr user Kevin Gill

目前只有约40%的日食是日全食,但这一比率比过去要小得多。此外月球继续远离地球,这意味着地球的最后一次日食将在6.5亿年后到来。

【日全食将横跨美国】地球最后一次日全食将在10亿年内发生

从地球上看月球和太阳每一个都占据了大约半度(角度)的天空。当月球的角度比太阳稍微大一点,所有三个天体都完全一致时,结果就是日全食。图片版权:Romeo Durscher / NASA / Goddard Space Flight Center

大约一年两次,月球似乎在太阳面前经过,如果排列不完美,就会产生部日偏食,但如果地球、月球和太阳都在太空中形成一条直线,就会导致日全食或日环食。只是碰巧月球和太阳从地球表面所看到的天空中,每一颗都差不多有半度的高度,这在过去是不真实的,将来也不会是真实的。

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现在最大的(近地点)满月在一年的任何时候都比太阳大。然而随着时间的推移,月球会远离地球,导致它的角直径缩小。当近地点的圆月比太阳太阳小的时候,就不会再发生日全食了。图片版权:Ehsan Rostamizadeh of Astrobin

因为地球绕太阳的轨道和月球绕地球的轨道是椭圆形而非圆,有时候月亮看起来比太阳大,阴影一直到地球的表面而在其他时候太阳似乎更大,月球将不能完全覆盖太阳。

【日全食将横跨美国】地球最后一次日全食将在10亿年内发生

当地球、月球和太阳在新月的时候完美排列时,会产生日食。但这是环形的(日环食),总的还是混合的,取决于月球与地球的距离。图片版权:NASA's Scientific Visualization Studio

当月球第一次形成日食时它离地球更近,而我们的行星旋转得更快。就像一个旋转的轮胎在触摸你的手指时稍微慢下来,月球——多亏了它在旋转的地球上施加的潮汐力,使得我们的一天在太阳系的历史上有了很大的延长。现代测量告诉我们,随着时间的推移,地球需要额外的14微秒来完成它的每日自转。这就是为什么我们要在每18个月增加一次“闰秒”。这是一个非常缓慢的过程,但却是一个渐进的过程。

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大天体在太空中的巨大碰撞会导致更大的物体踢出大量的碎片,然后这些碎片就会聚集成多个大的物体,比如月亮它们离母体很近。像这样的早期碰撞可能产生了月球,月球一直在减缓地球的自转,并从我们的世界开始远离。图片版权:NASA/JPL-Caltech/T. Pyle (SSC)

如果我们回到从潮汐中留下的土壤中的日常模式,即所谓的潮汐周期,我们可以计算出地球自转的周期。如果我们看看地球上已知的最古老的地球,从2亿6千万年前我们发现,那时的一天是在22小时以下。

【日全食将横跨美国】地球最后一次日全食将在10亿年内发生

Touchet的形成展示了在很长时间内发生的物质的有周期的沉积物,它告诉我们地球历史上潮汐的长度和持续时间,使我们能够重建过去一天的时间。图片版权:Wikimedia Commons user williamborg

如果你将这一潮汐制动推回到地球第一次形成的时候,45亿年前你会发现一天最初只有大约23000秒,或者6个半小时!大约40亿年前,地球上的“一天”只持续了我们现在所知道的24小时的时间。所以随着时间的推移,由于月球的潮汐摩擦,地球损失角动量。

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地球的不对称性,加上月球引力的影响,使地球上一天的时间长了。为了补偿和保存角动量,月亮必须螺旋向外。图片版权:Wikimedia Commons user AndrewBuck, modified by E. Siegel

但有一种自然规律即一种守恒的量告诉我们,如果地球的自转速度减慢,就需要其他东西来补偿它。这条定律是角动量守恒,而补偿的是当地球自转变慢的时候,月球在离地球越来越远的地方螺旋上升。月亮离得越远,它的角大小就越小,因此它在天空中显得越小。随着时间的推移,越来越多的日蚀将会是环形的,而不是完全的,因为月亮的大小似乎不足以遮挡太阳。

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虽然今天约有一半的日蚀是环形的,但越来越多的地球-月球距离意味着在大约600万 - 7亿年的时间里,所有的日食都将是环形的。图片版权:Wikimedia Commons user Kevin Baird

在一年的时间尺度上,你甚至不会注意到与复杂的激光月球测距之间的距离:月球轨道上的差异仅仅是厘米。但在很长一段时间内,这都是显著增加的。大约在5.7亿年后,最后一次日全食将会发生,再过8000万年后,最后一次日全食就会发生。这将是地球最后一次发现自己沐浴在月球的阴影中。超过这一点,月球将不再接近地球轨道上的任何一点,使它的影子落在我们的表面上。从那一刻起,唯一能看到日全食的方法就是飞向天空,或者在太空中翱翔,在那里我们可以再次发现自己在月球的阴影中。

到目前为止我们可能在地球上大约有30亿次日全食,但这超过了我们星球上所看到的超过90%的日蚀。再过6.5亿年,太阳将永远在天空中显得更大,即使是在远近也不是最接近的最大的新月。欣赏世界上独一无二的自然景观,因为所有的事物在时间上都会消逝,日食正在慢慢消失,我们也无能为力。

作者:Ethan Siegel

来自:forbes

编译:中子星

审校:博科园

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