文/陳輝樺

　今（87）年8月22日清晨，在台灣地區將看到本世紀此地所能見到的最後一次日食。回顧上次日食及預測本次日食觀測(圖1及圖2)，以了解二次日偏食的過程。
　在去年，太陽、月球和地球之間的運行關係，已引起社會大眾對於天文現象的觀看熱潮。民國86年3月9日路經黑龍江、漠河等地區2分50秒的日全食伴隨海爾鮑普世紀大彗星造訪的交會天象奇觀，再加上9月17日中秋夜的月全食景象，實在令人不得不讚嘆大自然現象蘊藏的奧妙。接著，今年8月22日，對東南亞地區而言，又將是個重要的日子。當天早上可見到約3分鐘日環食 (月球和太陽視面積比達97%) 的區域，從馬來西亞、新加坡至印尼等地，然後東東南向進入南太平洋，全程是5小時52分鐘。在台灣，我們則無法看到日環食的全程，若是天氣晴朗的話，倒是可以觀測到本世紀在此地所能見到的最後一次日食 (約7點37分39秒至9點54分13秒間，可看到食甚達0.353日面的日偏食）。一些天文專家及天文同好們，早已摩拳擦掌地做好觀測準備，等候日子的到來。因此 ，本文將以簡易的日月運行示意圖，搭配簡短解說來介紹日食和月食的成因，以增進我們瞭解觀測日月食的意義所在。

規律轉動運行的地球

　想要知道地球是怎麼轉動運行的，首先我們應從如何定出「方位」開始 。天文學家以星空中幾近不動的點，譬如北極星，當成參考點，以朝這個點的方向來定義出「北」的方位，其實也正是地球自轉的轉軸一端所指的方向。

四季成因

　知道了「北」的方向。接著，伸出你的右手，拇指指向「北」的方向，地球就是沿著食指彎轉的方向「自轉」。在以太陽為中心的系統，也就是我們通常說的太陽系中，地球繞著太陽公轉所呈現的平面，俗稱為「黃道面」(圖3)。
　因為地球自轉的轉軸和「黃道面」有 23.5度的夾角，使得地球繞太陽公轉時地面上呈現出春、夏、秋、冬四季之分。

四季的太陽蹤跡

　每年12月至隔年2月間，地球距離太陽較近。當北半球冬至時刻，日地最接近時僅有1億4千7百多萬公里。從地面上看太陽蹤跡所呈現的位置，在這整個時期都偏向南半球的上空，對北半球而言，這段時間是「冬季」，南半球則是「夏季」 。
　每年3至5月間，地面上太陽蹤跡所呈現的位置，大致位於赤道上空 (見圖3所示)，逐日向北半球變動著。對北半球而言，這段時間是「春季」，南半球則是「秋季」。
　每年6至8月間，地球距離太陽較遠 。在北半球夏至時刻，日地最遠時大約為1億5千2百多公里。地面上太陽蹤跡所呈現的位置在這整個時期都偏北半球的上空，對北半球而言，這段時間是「夏季」，南半球則是「冬季」。
　每年9至11月間，在地面上看見太陽蹤跡所呈現的位置大致在赤道上空，逐日向南半球變動著。對北半球而言 ，這段時間是「秋季」，南半球則是「春季」。

月球是如何繞著地球轉的？

　月球的運行從地面看來很奇特，因為它朝向地球的這一面長久以來大致上是相同的；也就是說，這個月面一直朝向我們。
　月球公轉的方向是沿著右手食指彎轉方向繞地球轉動，由於地球與月球相對位置的改變，加上反射太陽光，而造成地球上觀測者感覺月面的圓缺有逐日變化景觀，這種狀況稱為「月相」的變化。古代的中國人，很早就知道利用「月相」變化來計算每個月份的日子，俗稱「陰曆」(圖4：月相變化)。

「日食」與「月食」現象的成因

　當太陽、月球、地球運行至大約成一直線時，如果月球陰影掠過地球，被陰影掃過的地區就會造成「日食」景象；因為月球沿著右手食指彎轉方向繞地球轉動，所以日食發生時地球上所見到太陽的右側 (偏西側) 會先被蠶食(圖5：日食)。而且落到地面的月球影子 (日食影區) 會以時速1600公里的速率由西往東掃過，這影子移動的方向和地面上「日晷」影子由西向東移動的方向相似。
　當太陽、地球、月球運行至大約成一直線時，如月球運行到地球陰影內 ，則面向月球的人們可以同時觀看到所形成的「月食」現象。此時地球上無論任何地區所看到的月食景象是一致的。由於月球繞地球轉動方向的關係，月食發生時所見到的是月球的左側先進入地球的影子內，也就是說月球的左側（偏東側）先出現食的現象。
　圖3中 NN'直線是黃道面（地球繞太陽公轉的軌道面）和白道面（月球繞地球公轉的軌道面）的相交直線。太陽、地球和月球的位置如果在同一 NN'直線附近，就有日食或月食的現象發生(圖6)。
　每個月是不是一定會發生日食或月食？答案當然是否定的。因為月球繞地球所呈現的「白道面」與「地月系統」繞著太陽公轉所呈現的「黃道面」並不重疊，其間大約有5度的夾角。就是由於這兩個重要的軌道平面間有著這5度的夾角，所以就沒有辦法每個月都出現日食、月食現象。
　一年春、夏、秋、冬四季，什麼時候比較不容易發生日食或月食現象？答案是夏季或冬季。因為在這兩個季節中，月球的影子不容易落到地球表面，而地球的影子也不易落到月球表面，所以夏季或冬季不容易形成日食 、月食天象。在春季和秋季裡，太陽 、地球、月球較容易排列在一條直線附近，月球的影子很容易落到地球表面上，而地球的影子也很容易就遮到月球表面，所以春季或秋季比較容易發生日食、月食現象(圖7：夏、冬季日月影)。

「日食」和「月食」地面觀

　為什麼日食的觀測會因地而異，月食則不會？春季或秋季裡，當月像呈「新月」的日子前後(朔)，日地月運行大致成一直線，如果月球陰影掠過地球，就會造成「日食」的現象；同樣地，月像呈「望」的日子前後，如果月球進入地球影子範圍內，則形成「月食」的現象(圖6)。
　在夏季或冬季，當月像呈「新月」的日子前後，月球的影子難以落入地面，所以不容易形成日食現象。在「望」的日子前後，月球也難以躲入地球的影子內，所以不容易形成月食現象(圖7)。
　在不同地區所觀察到日食的景觀會有所不同。也就是說，當日食發生時 ，有的地區可能看到「日全食」，有的地區看到的是「日環食」，而在稍北或偏南的地區，則是看到「日偏食」。這時，其他地區就看不到日食了。
　由於地球在自轉，地面上所見太陽蹤跡大約以每小時 15 度的速度向西移動。又由於月球繞地球公轉，在春季朔日的前後，地面上看見月球蹤跡相對於太陽，每小時約以 0.5度的速度向東略偏北移動。而在秋季朔日的前後 ，地面上看見月球蹤跡相對於太陽，每小時約以 0.5 度的速度向東略偏南移動(圖8：春、秋季月球相對於太陽的軌跡)。