书城科普读物自然的奥秘
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第12章 天空的奥秘(4)

我们知道,月亮本身并不发光,只不过是反射了太阳光,正像一面镜子对阳光的反射一样。月亮的反照率不高,只有7%,也就是说,月亮只把从太阳那里得到的7%的太阳光反射了出来。

“朔”与“望”

月亮在轨道上绕行到太阳和地球之间,月亮的黑暗半球对着地球,这时叫朔,正是农历每月的初一。在这个时候,我们是看不见月亮的,因此称为朔月。在朔月那天的太阳称为朔日。

月亮隔着地球正对太阳,天文学上称为“望”或“满月”。这时人们见到的反射太阳光的月面最大,近于正圆形。很明显,在一个月中,这时月光应该最明亮。

在由“朔”转向“望”的过程中,月亮越来越大;反之,在由“望”转向“朔”的过程中,月亮越来越小。

“望”一般发生在农历的每月十五日或十六日,甚至在十七日,而中秋节固定在农历八月十五日,因此,每年的中秋节不一定就是逢“望”的日子。在大多数情况下,农历十六的月亮比十五的更圆。正所谓“十五的月亮十六圆”。

即使逢“望”,满月的大小也不一致。这与月亮的位置有关。月亮绕地球转的轨道是椭圆形的,所以月亮离地球就时远时近。月亮与地球的距离近,又刚好是望日,月亮自然比离地球远的时候更大、更明亮。同时,地球走在绕日轨道上的近日点时,月亮与太阳距离较近,反射日光更强些。

实际上,月亮并不是每年中秋离太阳、地球最近。月亮在它的轨道上从离地球最近的“近地点”(距地球约350000千米),绕地球转一圈,再回到这一点上,需要27天零5小时多。月亮的圆缺变化一次平均是29天又12小时多。

显然,月圆时刻和月亮离地球最近的时刻一般不会碰在一起。每年农历八月月亮过“近地点”的日期都不是在“十五”日,有时相差一天,多的甚至达半个月之久。

古代人民的体验

人们不仅仅只注意中秋月光。事实上,在灯火发明之前,人类在夜晚唯一可以用来照明的就是月光。远古的游牧民族为了生产和生活的需要,十分注意月亮的圆缺变化规律。

例如在古代文化发达的我国,就以月亮的圆缺变化规律为依据,测定了最早的历法——阴历。

我国古代学者在这方面曾经有过不少重要贡献。很早就有人说:“天文学诞生于月明之夜。”这句话是有一定道理的。

冰雹的形成

冰雹与雹灾

冰雹是一种固态降水物,系圆球形或圆锥形的冰块,由透明层和不透明层相间组成,直径一般为5~50毫米,最大的可达10厘米以上。雹的直径越大,破坏力就越大。冰雹常砸坏庄稼,威胁人畜安全,是一种严重的自然灾害。很多雹灾严重的国家已经进行人工防雹试验。

我国除广东、湖南、湖北、福建、江西等省冰雹较少外,各地每年都会受到不同程度的雹灾。尤其是北方的山区及丘陵地区,地形复杂,天气多变,冰雹多,受害重,对农业危害很大。猛烈的冰雹能打毁庄稼、损坏房屋,人被砸伤、牲畜被砸死的情况也常常发生。特大的冰雹甚至能比柚子还大,会致人死亡、毁坏大片农田和树木、摧毁建筑物和车辆等,具有强大的杀伤力。雹灾是我国严重灾害之一。

冰雹的形成

冰雹来自对流特别旺盛的对流云(积雨云)中。云中的上升气流要比一般雷雨云强,小冰雹是在对流云内由雹胚上下数次和过冷水滴碰并而增长起来的,当云中的上升气流支托不住时就下降到地面。大冰雹是在具有一支很强的斜升气流、液态水的含量很充沛的雷暴云中产生的。每次降雹的范围都很小,一般宽度为几米到几千米,长度为20~30千米,所以民间有“雹打一条线”的说法。

冰雹主要发生在中纬度大陆地区,通常山区多于平原,内陆多于沿海。中国的降雹多发生在春、夏、秋三季,4~7月约占发生总数的70%。比较严重的雹灾区有甘肃南部、陇东地区、阴山山脉、太行山区和川滇两省的西部地区。

冰雹灾害是由强对流天气系统引起的一种剧烈的气象灾害,它出现的范围虽然较小,时间也比较短促,但来势猛,直径可达3厘米,强度很大,并常常伴随着狂风、强降水、急剧降温等阵发性灾害性天气过程。中国是冰雹灾害频繁发生的国家,冰雹每年都给农业、建筑、通讯、电力、交通以及人民生命财产带来巨大损失。

据有关资料统计,我国每年因冰雹所造成的经济损失达几亿元甚至几十亿元。因此,我们很有必要了解冰雹灾害时空动荡格局以及冰雹灾害所造成的损失情况,从而更好地防治冰雹灾害,减少经济损失。

冰雹的预测

中国劳动人民经过长期的观察实践,积累了比较丰富的预测冰雹的经验,这些经验尽管预测时效不长,但比较好用,下面归纳几条以供参考。

1.感冷热:如果下雹季节的早晨凉,湿度大,中午太阳辐射强烈,造成空气对流旺盛,则易发展成积雨云而形成冰雹。故有“早晨凉飕飕,午后打破头”、“早晨露水重,后响冰雹猛”的说法。

2.辨风向:下雹前常常出现大风,而风向变化强烈。农谚有“恶云见风长,冰雹随风落”、“风拧云转、雹子片”等说法。另外如果连续刮南风以后,风向转为西北或北风,风力加大时,则冰雹往往伴随而来。因此有“不刮东风不下雨,不刮南风不降雹”之说。

3.观云态:各地有很多谚语是从云的颜色来说明下冰雹前兆的,例如“不怕云里黑乌乌,就怕云里黑夹红,最怕红黄云下长白虫”,“黑云尾、黄云头,冰雹打死羊和牛”。从云状为冰雹前兆的说法还有“午后黑云滚成团,风雨冰雹齐来”,“天黄闷热乌云翻,天河水吼防冰雹”等,说明当时空气对流极为旺盛,云块发展迅猛,好像浓烟股股地直往上冲,云层上下前后翻滚,这种云极易降冰雹。

4.听雷声:雷声沉闷,连绵不断,群众称这种雷为“拉磨雷”。所以有“响雷没有事,闷雷下蛋子”的说法。

5.识闪电:一般冰雹云中的闪电大多是云块与云块之间的闪电,即“横闪”,说明云中形成冰雹的过程进行得很厉害。故有“竖闪冒得来,横闪防雹灾”的说法。

6.看物象:各地看物象测冰雹的经验很多,如贵州有“鸿雁飞得低,冰雹来得急”、“柳叶翻,下雹天”,山西有“牛羊中午不卧梁,下午冰雹要提防”等谚语。

要注意以上经验一般不要只据某一条就作定断,而需综合分析运用。

美丽而奇妙的雪

雪花的形成

雪花是自然界寒冷气候的产物,是大气水的变种之一。高空冷云里的水汽,在冷凝成冰晶之后,经过频繁地碰撞,不断地吞并增大和破碎增殖,到了上升气流托不住它的时候,就会化作雪晶从天上摔下来。雪晶的直径一般都大于300微米。如果云层底部以下的温度接近或低于0摄氏度,它在下降的过程中还会凝聚变大,乃至形成鹅毛大雪,飘飘洒洒,铺天盖地……不一会儿便把大地装扮成一片银白的世界。

如此看来,雪花的形成是有一定条件的。只要提供一个水汽凝华、冰晶凝聚的特殊环境,不仅在高空,即使在地面,甚至在实验室里,也能有雪花出现。

历史上有过这样一段奇闻:1773年11月的一个夜晚,圣彼得堡举行盛大的化装舞会。舞厅里门窗紧闭,又闷又热,参加舞会的人几乎晕眩跌倒……就在这万分危急之时,一位年轻人急中生智,猛地打破窗玻璃,让外面的冷空气冲了进来。谁知道就在冷空气进入舞厅的一瞬间,厅内的水汽迅速地凝华,冰晶迅速地凝聚,雪花便奇迹般地飘飞起来。根据这个原理,人们在实验室里,乃至在美国的航天飞机上,做过许多成雪试验。这些试验虽然有的成功,有的失败,至今还没有得到所谓的“宇宙雪花”,但是很有科学价值,说明人们对自然的认识,上升到了一个新的高度。

美丽的雪花

过去,人们通过长期的观察,认识到雪花的形状是各式各样的,有的像盛开的牡丹,有的像分出枝杈的鹿角,有的像放射光芒的小星星……而且每朵的形态都不相同。

美国近代有一位名叫贝特莱的学者,在佛蒙特州一所农场里研究雪花竟达50年之久。他从成千上万张雪花的照片中,发现了6000多种彼此各异的图案。它们争奇斗妍、交相辉映的妩媚形态,无不叫人万分惊叹。有一位艺术家在感慨之余,说过这样一句话:“每一朵雪花都是大自然中一件精致的艺术品,都是一幅造型奇特的图案。”

国际冰雪委员会通过对雪花特征的仔细分辨,大致把雪花归纳为片状、星状、针状、多枝状、柱状、杯状和不规则状7大类。尽管如此,它们在结晶叶形上,却有一个共同的特点,那便是“雪花六出”,即任何雪花都呈对称的六角形。其实,在中国古代广为流传的诗文中,就有“雪花飞六出”的佳句。西汉的《韩诗外传》,也有过“凡草木花多五出,雪花独六出”的描述。

雪花为什么呈六角

为什么雪花总是呈六角形呢?原来,水汽的凝华结晶是沿着四个轴的方向进行的,其中三个等长的辅轴,相互交叉,各成60度夹角,并且组成一个平面;另外一个主轴,则通过辅轴的交叉点,与辅轴面垂直,如果辅轴很长,主轴很短,就构成片状雪花,否则,就构成柱状雪花——这就是为什么雪花总是呈六角形的根本原因。

神奇的日食

日食

日食,又作日蚀,是一种天文现象,当月球运行至太阳与地球之间时,对地球上的部分地区来说,月球挡住了太阳的部分或全部光线,看起来好像是太阳的一部分或全部消失了,故名。日食只在朔,即月球与太阳呈现合的状态时发生。

古时,人类缺乏天文学知识,以为日食是天狗食日,或象征灾难的降临,而在日食时举行仪式。但在现代社会中,日食的这层意义已逐渐为人们所抛弃。

最近两次日食发生时间是于2012年5月20日(环食)和2012年11月13日(全食)。

日全食

日食是相当罕见的现象,日食中较罕见的是日全食,因为唯有在月球的本影投影在地球表面时,在该区域的人才能够观测到日食。一次日全食的过程可以分为以下五个时期:初亏、食既、食甚、生光、复圆。

日全食是一种相当壮丽的自然景象,所以时常吸引许多游客特地到海外去观赏日全食的景象。例如,在1999年发生在欧洲的日全食,吸引了非常多的观光客特地前去观赏,也有旅行社推出专门为这些游客设计的行程。

最近两次日全食发生时间是2010年7月11日和2012年11月13日。

并不是所有的日食现象都能称作日全食,其中全环食最容易被误认作日全食。

日偏食

中国史书上称“日有食之,不尽如勾”,造成日偏食的原因是因为观测者落在月球的半影区中,观测者会看见一部分的太阳被月球的阴影遮盖,但另一部分仍继续发光。太阳和月球只有部分重合,依据两者中心的视距离远近(太阳被月球遮盖的最大直径)来衡量食的大小。通常日偏食是伴随着其他食相发生,如日全食。但某些日食只可能是日偏食(不伴随其他食相),因为月球与地球的距离太远,只有半影碰到地球表面。最近两次不伴随其他食相的日偏食发生时间是2011年11月25日和2014年10月23日。

日环食

当月球处于远地点时,月球的本影锥不能到达地球;到达地球的是由本影锥延长出的伪本影锥。此时月球的视直径略小于太阳。因此,这时太阳边缘的光球仍可见,形成一环绕在月球阴影周围的亮环。(在环食区之外,所见的食相是偏食)最近两次日环食发生时间是2012年5月20日和2013年5月10日。

全环食

全环食只发生在地球表面与月球本影尖端非常接近,或月球与地球表面的距离和月本影的长度很接近的情形下。由于地球为球体之关系,而本影影锥接触地球时为日全食(常为在食带中间),在食带两端由于影锥未能接触地球,致只能有伪本影到达地球之下,所看到的是日环食。所以,当全环食发生时,随着地月之间的相对运动,会先后出现环食→全食→环食,当然,对于某一个具体的地点来说,在一次日食过程中是不会同时看到全食和环食的。全环食发生机率甚少,最近两次全环食发生时间是2005年4月8日和2013年11月3日。

迷人的月食

月食现象

月食也叫月蚀,是一种当月球运行进入地球的阴影(本影部分)时,原本可被太阳光照亮的部分,有部分或全部不能被直射阳光照亮,使得位于地球的观测者无法看到普通的月相的天文现象。月食发生时,太阳、地球、月球恰好或几乎在同一条直线上,因此月食必定发生在满月的晚上(农历十五、十六、或十七),如《说文》所说“日蚀则朔,月蚀则望”。地球阴影位于地球公转轨道面(黄道面)内,此平面与月球轨道面(白道面)并不重合,黄白道面交角约5度;大多数满月时,月球不在黄道面内,而是或偏北或偏南,不在地球阴影内,因此并不是每个满月时,都发生月食。每年全球至少发生两次月食。

月食有三种类型

月全食:当整个月球进入地球的本影内时,在其前后均会发生月偏食与半影月食。最近一次月全食发生于2011年12月10日,下一次月全食将发生于2014年4月15日。

月偏食:当月球只有部分进入地球的本影时,在其前后均会发生半影月食。最近一次月偏食发生于2012年6月4日。

半影月食:此时月球只是掠过地球的半影区,造成月面的光度极轻微减弱,所以较不易为人注意。最近两次半影月食发生于2009年8月6日和2012年11月28日。

由于地球的本影比月球大得多,这也意味着在发生月全食时,月球会完全进入地球的本影区内,所以绝对不会出现月环食这种现象。