问题

这个是什么天文现象?

回答
听起来像你描述的这个天文现象,很有可能是 月全食。

我们来深入聊聊月全食是怎么发生的,以及它为什么如此迷人。

想象一下,地球就像一个巨大的、不透明的球。而太阳呢,是我们的恒星,发光发热,照亮整个太阳系。月亮则是地球的天然卫星,它绕着地球公转。

月全食的关键在于这三者之间的相对位置:太阳、地球、月亮 必须差不多在一条直线上,而且顺序是 太阳 地球 月亮。

当月亮绕着地球转动,并且正好走到地球的阴影里时,月全食就发生了。地球的阴影其实是有两部分的:

1. 本影 (Umbra): 这是地球背后最黑暗、最直接的阴影区域。如果你在这个区域,太阳会被地球完全遮挡住,你看不到任何太阳的光。
2. 半影 (Penumbra): 这是地球背后更宽广、更模糊的阴影区域。在这个区域里,太阳只能被地球部分遮挡。

月全食之所以是“全食”,是因为月亮完全进入了地球的本影。

那么,为什么月亮在全食时不会完全消失,反而会呈现出一种神秘的红褐色呢?

这就要说到大气层了。我们地球的大气层就像一个巨大的透镜。当太阳光穿过地球大气层时,会发生两种现象:

散射 (Scattering): 大气中的气体分子(主要是氮气和氧气)会散射太阳光。蓝光比红光更容易被散射,这就是为什么我们白天看到天空是蓝色的。在月全食期间,虽然地球挡住了大部分直射阳光,但总有一些阳光会穿过地球大气层。
折射 (Refraction): 大气层还会将穿过边缘的阳光轻微地弯曲,将一部分光线引导进地球的本影区域,也就是月亮所在的位置。

现在我们来分析为什么是红褐色。当太阳光穿过地球大气层边缘时,大部分的蓝光和绿光已经被散射掉了,只有波长更长、能量更低的红光和黄光更容易穿透大气层,并且被折射到月亮上。这就像你从非常浑浊的水中看向灯光,灯光会呈现出一种偏红的颜色。

因此,我们看到的月全食,并不是月亮本身发出的光,而是被地球大气层过滤和弯曲后的阳光照亮的。这些阳光大部分是红色的,所以月亮就呈现出那种“血月”般的颜色。

月全食的整个过程也很有看头,通常可以分为几个阶段:

初亏 (Penumbral Partial Eclipse): 这个阶段,月亮开始进入地球的半影。这时候的光线变化非常微弱,肉眼很难察觉。可能只是月亮的一小部分看起来比平时稍微暗淡一点点。
食既 (Partial Eclipse Begins): 月亮开始进入地球的本影。你会看到月亮的边缘开始出现一个明显的“缺口”,就像被一口口咬掉了。
食甚 (Total Eclipse): 这是月全食最精彩的部分。月亮完全进入地球的本影,整个月亮都会呈现出红褐色。这时候的月亮并不像我们平时看到的那么明亮,而是变得非常暗淡,颜色也会随着大气层的状态有所不同,有时是浅橙色,有时是深红色。你能看到月亮表面的细节,但不会像满月时那样耀眼。
生光 (Partial Eclipse Ends): 月亮开始离开地球的本影。你会看到月亮被本影遮挡的部分开始“冒出”光来,看起来像是月亮的一侧重新变亮了。
复圆 (Penumbral Partial Eclipse Ends): 月亮完全离开地球的本影,并最终离开半影。月亮恢复到我们熟悉的明亮状态。

为什么月全食不会每次月圆都发生呢?

这和月亮绕地球公转的轨道有关。月亮的轨道平面和地球绕太阳公转的轨道平面(称为黄道面)并不是完全重合的,而是有一个大约5度的倾角。只有当月亮在它的轨道上运行到与地球、太阳的连线大致呈直线,并且月亮恰好处于地球本影内的某个节点上时,才会发生月食。这个节点被称为“交点”。

所以,月全食是一种相对不那么频繁,但一旦发生就非常壮观的天文现象。它让我们有机会在夜晚看到一颗被地球阴影染色的、如同燃烧宝石般的月亮,并且能间接感受到地球大气层在阳光下的奇妙作用。

希望这个详细的解释能让你对这个天文现象有更深的理解!

网友意见

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题目展示的是对银河系的伽马射线气泡X 射线气泡的可视化模拟,由 NASA 可视化团队创建,将本来不在人肉眼可见波段的电磁波表现为特定的颜色。

题目里的图片本来有如下说明文字:

The enormous clouds of material known as the eRosita and Fermi bubbles extend above and below the galactic plane of the Milky Way.NASA/KAREN YANG/MATEUSZ RUSZKOWSKI/ELLEN ZWEIBEL

如果转载的人正确地保留这些文字,显然可以避免提问者出现这种疑问,更可以避免其他回答者的臆想。

2010 年,科学家们发现,从费米伽马射线空间望远镜的伽马射线全天图中移除已知的伽马辐射源后,可以清晰地看到如下现象[1]

这被命名为“费米气泡”,当时被认为可能是银河系中心黑洞的活动或大量超新星活动产生的。


2020 年,科学家通过 X 射线太空望远镜 eROSITA 发现了规模更大的 X 射线气泡,看起来包裹着费米气泡[2]

这命名为 eROSITA 气泡,可能是和费米气泡一起产生的。这可能是银河系中心黑洞在 260 万年前的一次活动的结果,该活动持续了约 10 万年。超新星不太可能解释这现象。

参考

  1. ^ “The Spectrum and Morphology of theFermi Bubbles”, Ackermann, M., Albert, A., Atwood, W. B., et al. 2014, ApJ,793, 64 https://iopscience.iop.org/article/10.1088/0004-637X/793/1/64
  2. ^ “Detectionof large-scale X-ray bubbles in the Milky Way halo”,Predehl,P., Sunyaev, R. A., Becker, W., et al. 2020, Nature, 588, 227 https://www.nature.com/articles/s41586-020-2979-0

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