何謂月蝕?哪不就跟日蝕一樣,日蝕是因為某個圓球(月球)遮住了太陽光,於是出現了天狗蝕日般的天象,月蝕一定也是某個圓球遮到月光。實輒不然,日蝕是太陽、月球和地球排成一直線,月球的位置在太陽和地球之間,月球把太陽遮住,產生日蝕。月蝕雖也是太陽、地球和月球排成一直線,但地球是在太陽和月球之間,月球躲到地球的影子裡,產生月蝕(圖一)。
西元前413年,雅典和斯巴達的伯羅奔尼薩戰爭,由於月全蝕的發生,反而使站優勢的雅典大軍全被殲滅。中國則在西元前14世紀到11世紀的殷商甲骨文出現月蝕的記載,甲骨文是中國古老的文字,發現於商代的龜甲和牛胛骨上,內容分為「卜辭」與「記事刻辭」兩類,「卜辭」就是算命的內容,「記事刻辭」可說是雜記簿。而甲骨文上出現過「 庚申,月有食」、「六日甲午夕,月有食」以及「旬壬申夕,月有食」,但無法推算月蝕發生的時間。在詩經小雅十月之交則寫有:「彼月而食,則維其常」,據此推算,這是發生在公元前776年8月21日的月偏蝕,可算是清楚的記載。
看過月蝕現象並不表示瞭解月蝕的原因,西元一百多年,東漢的大科學家張衡在《靈憲》一書寫了有關月蝕形成的原因,他說:譗當日之沖,光常不合者,蔽於地也,是謂『闇虛』。在星則星微,遇月則月食。豃,闇虛指的是地球的陰影。由於張衡已經知道月光是來自於太陽的反射光,故月球行進地球的陰影,便產生月蝕,根據月球發生盈虧的位置,朔月是月亮在太陽和地球之間,而望月是地球在太陽和月球之間,因此月蝕只能發生在望月,這在易經豐卦上有寫:月盈則蝕。
圖一說明了太陽、地球和月球發生月蝕的位置關係,地球是繞著太陽公轉,而月球是繞著地球公轉。當太陽光照到地球,在地球的後方形成圓錐狀的陰影,這個圓錐狀陰影的長度約138萬多公里,月球到地球的平均距離約38萬多公里,陰影長度是月地距離的三倍多,月球可以進入地球的陰影內。
此外月球進入地球陰影時,該處陰影的大小約9千2百萬公里,是月球大小的2倍多,也足以完全遮蔽月球,產生月全蝕,但不可能出現月環蝕,除非月球離地球更遠,月偏蝕則是月球從陰影的邊緣通過。網路上可以找到月蝕發生的動態解說(http://galileoandeinstein.physics.virginia.edu/lectures/eclipse3.htm),可以得到更清楚的瞭解。
月蝕發生的時候,除了面向太陽的位置,地球上的每個地方都可以看到月蝕,這和日蝕不同,日蝕發生的時候,只有月球遮住太陽光的陰影通過的地方才能看到日蝕。另外即便是月蝕,我們仍可以看到紅銅色的滿月,這是因為太陽光經過地球的大氣時,會產生折射的現象,折射的太陽光仍會照到月球表面,由於經過了地球大氣,許多藍光被散射掉,因此才有紅銅色,這也表示地球大氣的變化可以影響月蝕看到月球的顏色。
另外「月盈則食」,不代表只要是滿月,就會出現月蝕,圖一只是平面的位置關係,地球繞太陽的軌道面(即黃道面)和月球繞地球的軌道面(即白道面)並不在同一個平面上,兩個軌道面有一條相交線,軌道面有5度的夾角(如圖三),只有當太陽、地球和月球走到相交線的時候,才會發生月蝕,否則即便是月盈,三者也不會在同一條線上,不會發生月蝕。這種軌道關係並不是永久不變的,相交線會受到太陽和地球的萬有引力影響而改變,大約經過18年11天又8個小時,相交線會回到原來的位置,也就是說在地球上同一個位置,每隔18年左右會重複日月蝕。早在西元前600多年,古希臘天文學家泰勒斯就發現這個規律性,稱之為沙羅周期(Saros cycle)。
發生月蝕的時候也可以做些天文研究,例如從月蝕發生的過程中,被遮住的部分呈現圓弧狀,表示地球的影子是圓的,據此可推測地球是圓的,所以無須繞地球一圈,或者坐上太空船到外太空俯瞰地球,便可以知道地球是一個圓球體。
在西元前450年,古希臘哲學家安克薩戈拉(Anaxagoras)就是在月蝕的時候,看到投射在月球上的地球影子推測地球是圓的。此外利用月蝕現象可以測量距離,當月球開始進入地球陰影,到完全進入陰影的時間是月球在地球陰影內行走時間的4倍(圖四),這表示月球的直徑大約是地球的四分之一,只要知道地球的大小,便可以推出月球的大小,這真是聰明的推算。至於測量地球的大小,就留到下次介紹。