學習方法 – 日環食的西入東出(上)

各位高三在暑假過後就要面臨第一次模擬考了,其中自然科當中的地球科學,有一個很麻煩的章節叫做「天文」,裡頭有許多題目需要立體觀念和做圖輔助才能釐清重點,找到正確答案,這次我們就來練習一個綜合性的題型,來做一個大整理吧!

今年,2020年6月21日在臺灣嘉義可以看見日環食,不知道大家有沒有參與這次百年難得一見的奇景呢?這次有幸躬逢其盛,看到許多爸爸媽媽帶著小朋友到草地戶外,帶著自製的觀測箱,甚至是焊接用的護目鏡,一起在下午三點尋找定點觀測,直到四點的食甚,現場的一陣陣驚呼和各種拍手叫好讓人為之動容,現在想起還是有些悸動。

首先,我們先來看這篇報導的第一張圖,
用 iPhone 拍攝的太陽軌跡!自然景觀攝影師這樣捕捉日環食
時間是下午四點,大家能分辨得出哪邊是東南西北嗎?

因為太陽此時準備西落,所以圖片下方是西方,上方是東方喔!

那麼,藉由國中高中所學的地球科學之中,我們能看出什麼更細緻、更深一層的運作原理嗎?
這次會以底下的三個階段帶大家複習和分析

  • 第一個階段:日食月食的成因
  • 第二個階段:三個常見星體運動的角度關係
  • 第三個階段:西邊入,東邊離開

 

第一個階段:日食月食的成因

月食是因為地球擋住太陽光,使得月球部分地區無法反射太陽光而失去月光;但是月全食的時候月球會帶著淡淡的古銅色喔!
這次的日食則是月球擋住太陽光。
日地月連線,也就是,才有機會產生月食;日月地連線,也就是,才有機會產生日食。
但是因為太陽運行的軌道(或稱黃道面),月亮運行的軌道(或稱白道面)並不會每次都重疊,所以不會每次就產生月食或日食。

國中基本上就學到這邊。

第二個階段:三個常見星體運動的角度關係

再來我們來處理一下三個時間週期:1天、1個月、1年

周日運動:地球自轉一圈

我們可以利用
地球自轉一圈需要1天
360度=1天=24小時
15度=1小時=60分鐘
最後得到
1度=4分鐘

周月運動:月球繞地球公轉一圈

我們可以利用
月球公轉一圈需要1個月
360度=1個月=30天
12度=1天=24小時
1/2度=1小時

周年運動:地球繞太陽公轉一圈

我們可以利用
地球公轉一圈需要1年
360度=1年=365天
1度大約=1天

再加上
上面三種週期都有一個共同點,就是當你從北極星往地球的方向看,周日周月周年運動都是逆時針旋轉

這會導致一個很特別,也很重要的結果,在這個視角下,東西方向的判斷跟平常我們在地圖上看到的右邊是東和左邊是西不一樣,像是下圖所示。
擷取_2020_07_21_00_16_17_941

第二個階段的總結

把這個東西方向和前面提到的角度組合,我們會得到:
因為周日運動,所以在地球上的人觀察太陽和月亮,每小時會由東向西移動 15度。
後面我們會以2小時為單位討論,所以會是

每經過兩小時,太陽和月亮,會由東向西移動30度。

因為周月運動,所以在地球上的人觀察月亮,每小時會由西向東移動1/2度。
後面我們會以2小時為單位,所以會是

每經過兩小時,月亮,會由西向東移動1度。

 

第三個階段:西邊入,東邊離開

這部份我們就先留到下一篇再一起討論吧!