高中地理研究性学习日食的变化及影响

高中地理研究性学习

———日食的变化及影响

一课题研究背景

09年7月22日的世纪大日食深深震撼了我们，使我们对日食产生了浓厚的兴趣，怀着对科学真理的执着追求，因此本研究小组对此进行了调查研究。

二课题研究意义

通过这次课题研究，了解日食各方面的情况，认识到日食对人类生产，生活等方面的影响，同时也对课内学习的日食的知识系统进行扩展，使我们能课内外结合，对日食的知识有更加深入的了解。

三课题研究过程

1、小组成员通过互联网搜索和去图书馆查阅有关日食的资料

2、整理收集到的资料，并一同观看09年世纪大日食的记录影像

3、对影像内容和资料进行分析，再经过小组成员的认真讨论研究，得出大体结论

4、对于不懂的部分请教有关专家或地理老师，并验证已得出结论的正确性

5、对研究成果进行修改完善

四课题研究成果

（一）日食形成的原因：

日食一定发生在朔，即农历初一当日。此时月球位于地球和太阳之间时，但因太阳轨道（黄道）与月球轨道（白道）成5°9′交角，故并非每次朔日皆有日食发生，而日食发生时，日月两者皆一定在“黄白交点”（升交点或降交点）附近发生。

简单的说，月球把太阳遮挡住，也就是月球的影子落到地球上，这就是日食。

另外，月球的公转轨道平面和地球的公转轨道平面不重合，而是有一个大约5度的夹角，因此只有当太阳、月球、地球三者在一条直线上，且月球位于两个平面的交点附近时才会发生日食。所以不是每个月都有日食和月食。

当月球正好转到太阳和地球中间，而三者又在一直线上时，太阳射向地球的光

线被月球挡住，又因为月球比太阳小得多，它的直径大约是太阳直径的四百分之一，而月球与地球间距离也差不多是太阳与地球间距离的四百分之一，所以从地球上看，月亮与太阳的圆面大小差不多相等，因而月球下面的黑影落在地球上，地球上被黑影笼罩的地区，就看不到太阳了，或者只看到一部分，这就是日食。

（二）日食的过程

初亏：

由于月亮自西向东绕地球运转，所以日食总是在太阳圆面的西边缘开始的。当月亮的东边缘刚接触到太阳圆面的瞬间（即月面的东边缘与日面的西边缘相外切的时刻），称为初亏。初亏也就是日食过程开始的时刻。

食既：

从初亏开始，就是偏食阶段了。月亮继续往东运行，太阳圆面被月亮遮掩的部分逐渐增大，阳光的强度与热度显着下降。当月面的东边缘与日面的东边缘相内切时，称为食既。此时整个太阳圆面被遮住，因此，食既也就是日全食开始的时刻。食甚：

食既以后，日轮继续东移，当月轮中心和日面中心相距最近时，就到食甚。

生光：

对日偏食来说，食甚是太阳被月亮遮去最多的时刻。月亮继续往东移动，当月面的西边缘和日面的西边缘相内切的瞬间，称为生光，它是日全食结束的时刻。在生光将发生之前，钻石环、贝利珠的现象又会出现在太阳的西边缘，但也是很快就会消失。接着在太阳西边缘又射出一线刺眼的光芒，原来在日全食时可以看到的色球层、日珥、日冕等现象迅即隐没在阳光之中，星星也消失了，阳光重新普照大地。复圆：

生光之后，月面继续移离日面，太阳被遮蔽的部分逐渐减少，当月面的西边缘与日面的东边缘相切的刹那，称为复圆。这时太阳又呈现出圆盘形状，整个日全食过程就宣告结束了。

（三）日食的种类

1、日食共有三种：

日偏食：太阳一部分被月球的阴影遮盖，但另一部分仍继续发光叫日偏食。

日环食：月球只遮住太阳的中心部分，在太阳周围还露出一圈日面，好象一个光环似的叫日环食。

日全食：太阳光球完全被月亮遮住，原本明亮的太阳圆盘被黑色的月球阴影遮盖。

2、形成不同种类的原因：

这三种不同的日食的发生跟太阳、月球和地球三者的相互变化着的位置有关，并且也决定于月球与地球之间的距离变化。

地球公转和月球公转轨道都是椭圆，不论是太阳与地球间距离，还是月球与地球间距离，并不是固定不变的，而有时比较远，有时又比较近，因此月球本影的长短也不一样，月球本影最长时有379660公里，最短时为367000 公里，而地球与月球之间的距离最近时为356700公里，最远时达406700公里。如果某个时刻月球本影比地球与月球之间的距离大，地球上被月球本影扫过的地带就可以看到日全食。如果月球本影比地球与月球之间的距离小，月球本影的尖端到不了地球的表面，那么在影尖延长出来的小影锥（叫伪本影）扫过的地带可以看到日环食。被月球半影扫过的地带均可以看到日偏食，在偏食区内离全食区越近，偏食的程度就越大。月球本影和半影没有扫过的地方，根本看不见日食。

（四）日食产生的影响：

1、日食对地球的影响

在现代的原子钟出现之前，天文学家通过对日食的古代记录进行研究，发现日食现象导致地球旋转的周期每个世纪变慢了0.001秒。

日全食发生的前后，一个奇怪的现象会吸引国际诸多科学家和媒体的关注：地球上的重力仪数据出现突然降低。这种现象会发生，是由于在日食期间，月球处于地球与太阳之间，从而减弱太阳的引力场，而月球的引潮力开始起作用。

2、日食对人类的影响

日全食发生时，光线会穿过树叶的缝隙投影出新月的影子。这时，动物常常行为异常，比如飞鸟归巢和蝙蝠等夜行生物会出来活动，而当地的温度通常会下降至少20摄氏度。

发生日食时常会出现几分钟的“黑暗”，这可能会对道路交通、航运、高空和野外作业、建筑施工以及社会治安等带来安全隐患。同时，日全食造成的天体引力、光度等变化，有可能会对通信系统、网络传播、电力输送和使用等产生不确定的影响。且发生日食时伴有强烈的电磁射线，还可能会危及人的眼睛。

虽然目前没有证据能够证明日食会对人的身体产生影响，但是这种自然现象对人们的心理造成了严重的影响。几千年来，地球上的几乎所有文明都把日食看成是灾难的预兆，而历史上很多次日食发生时都会引起社会的骚乱。

（五）日食有助于科学研究

1.探索太阳耀斑和日冕物质抛射谜团

古今中外的天文学家还曾经数千次地观测到，在太阳周围的日冕层和较低一点的色球层，有时亮度突然增加，这一现象被称为“太阳耀斑”。大的太阳耀斑爆发时，其瞬间的亮度可以达到平时的几千倍，有的如一条巨龙在太阳上飞舞，有的则像从太阳上发射的绚丽礼花；此外，太阳大气中还有一种活动最为剧烈的现象“日冕物质抛射”，这一现象爆发时，等离子体物质从接近日面的低日冕喷出，就像从太阳发

射出的猛烈炮弹一样，瞬时释放出巨大的能量，当这些物质和能量传播到地球附近时，可以造成短波通讯中断、卫星工作失常等破坏现象。对“太阳耀斑”和“日冕抛射物质”现象的成因，科学家至今无法解释，更无法准确预测。“耀斑是最强烈的太阳活动现象，因为目前对太阳磁场的精确测量只限于光球层。所以人们认为，耀斑是受太阳磁场影响而成，但其实太阳耀斑起源于日冕磁场，日全食的上演可以提供研究的良好观测时机。”

2.寻求太阳黑子的变化原因

太阳黑子是太阳上的小黑点。科学家通过对太阳黑子几百年来的系统观测，发现日面上的太阳黑子的数目具有平均为１１．１年的周期变化，这一周期被称为“太阳活动周”。太阳黑子较多的年份，太阳上的活动现象如太阳耀斑、日冕物质抛射等就比较频繁。此外，人们还发现，不仅黑子的数目呈现周期性的变化，它们在太阳表面上出现的位置也呈现出规律性的变化。但直至现在，科学家仍然不能解释太阳为什么会产生黑子？为什么在不同的时段、在不同的地点产生黑子？为什么有些黑子的出现会引发太阳活动，而有些黑子则不会引发太阳活动？

目前，国际天文学家普遍认为，要解开太阳的这些谜团，谜底就藏在太阳的磁场中，是磁场控制着太阳上的各种活动现象。而日全食的发生，十分有助于科学家进一步研究太阳磁场。

3.有助开展寻找引力波的探测实验

由于引力波探测是关系到能否打开一扇天文观测窗口的大事。所以上世纪至今,世界少数发达国家倾注大量的人力、物力、财力于引力波的实验探测。但是截至今天还没有人宣布直接测量到引力波。而日全食可以为引力波及其他基本物理问题的探索提供机会。我国科学家曾经用高精度微伽重力仪，在日全食的“初亏”和“复圆”时检测到两个“重力谷现象”，这是中国人成功探测到引力波的重大实验。

4.人类在日全食中发现氦元素

１９世纪前，人们普遍认为，人类永远不可能知道天体的化学组成，因为人类不可能把星星拿到地球上做化验。但是，１９世纪初，科学家发现太阳光谱不是连续的，而是有许许多多的暗线，其叫做吸收线。光谱就像人类的指印，不同的化学元素对应不同的光谱。人们分析光谱就可以知道太阳有些什么元素。

１８６８年８月１８日，在现孟加拉国附近，有一次条件比较好的日全食，法国天文学家让桑在观测日全食的时候，看到日珥光谱里面有一条奇特的黄线。这条黄线跟钠线的位置相似，但不是钠，而是一种未知的元素。

让桑于是写了一封信寄往巴黎科学院，这个信在路上走了两个多月才到达巴黎。无巧不成书，这个时候巴黎科学院收到了另外一封信，是英国天文学家洛克耶寄过去的，也报告了在日全食观测中同样的发现。同样的两封信报道了一样的情况，引起了科学界的高度重视。

科学家们给这种新元素起名为Ｈｅｌｉｕｍ（氦），这个词源自古希腊语太阳，意思是“太阳元素”。这时候，人们还没有在地球上发现氦元素。人们为此苦苦探索。终于在１８９５年，科学家通过分析太阳的钇铀光光谱发现了氦。

（六）课题研究总结

课题研究不仅让我们了解了许多知识，也让我们懂得了团队中的合作精神，懂得了自主学习，使我们更贴近生活，了解了生活中的许多事情和某些问题，使我们见识更加广阔，吸收外界更多的知识，课题研究让我们受益匪浅!