
umbral
umbra
【化】 umbra
【醫】 umbra
"本影"在天文學與物理學中指物體遮擋光源後形成的完全黑暗區域,對應英文術語為umbra(源自拉丁語"陰影")。該概念源自幾何光學原理,當光源為非點光源時,障礙物後方會形成光線完全無法到達的核心陰影區。
根據《天文學大辭典》定義,本影的形成需滿足兩個條件:①光源具有可觀測的物理尺寸(如太陽);②障礙物與光源、觀測面之間滿足直線投影關系。以日食為例,月球本影投射到地球表面時,該區域觀測者可見完整的日全食現象。
國際天文學聯合會(IAU)的觀測指南指出,本影與半影(penumbra)的關鍵區别在于光照強度的數學表達:本影區光照度趨近于零,而半影區存在梯度變化。這一差異可通過幾何公式量化: $$ frac{r_s}{d_s} > frac{r_o}{d_o} $$ 其中$r_s$為光源半徑,$d_s$為光源到障礙物距離,$r_o$為障礙物半徑,$d_o$為障礙物到投影面距離。
NASA太陽動力學天文台(SDO)的實測數據顯示,地球本影在太空中的延伸範圍可達140萬公裡,該數據基于日地系統參數計算得出,驗證了本影理論的預測精度。
本影是光學中的一個重要概念,指由非透明物體阻擋較大光源後形成的完全黑暗區域,其核心特征和解釋如下:
當非透明物體遮擋非點光源(如太陽或燈泡)時,光線被完全阻擋的區域即為本影。與之相對的半影則是部分光線被遮擋形成的半明半暗區域。形成本影的關鍵條件是光源具有一定面積,而非單一光點。
本影現象直接驗證了光的直線傳播原理,且在光學實驗和天文觀測中有重要應用,例如通過日食觀測研究太陽活動。
如需更深入解析,可參考權威物理教材或光學相關研究資料。
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