[科普中國]-日全食

現(xiàn)象描述

日全食是日食的一種，發(fā)生在新月在黃道和白道的交點(diǎn)附近18°左右的范圍內(nèi)。日全食發(fā)生時隨著月球遮擋住太陽輻射，大氣層高處的電離層也會發(fā)生一些相應(yīng)變化。這暫時會對信號需經(jīng)過電離層反射的無線電中波、短波通信造成一定干擾，使用超短波的調(diào)頻廣播、手機(jī)、無線上網(wǎng)等則不受影響。不過，對整個地球磁場而言，這種影響還是微小的。另外，日食造成的降溫不會很大。

上一次發(fā)生在中國的日全食發(fā)生于2009年7月22日，而下一次將在2034年3月20日發(fā)生在西藏北部的山區(qū)，但基本是無人區(qū)。另外2035年9月2日，還有一次日全食在我國北方發(fā)生，時長1分29秒。

一次日全食的過程可以分為以下五個時期：初虧、食既、食甚、生光、復(fù)圓。

初虧由于月亮自西向東繞地球運(yùn)轉(zhuǎn)，所以日食總是在太陽圓面的西邊緣開始的。當(dāng)月亮的東邊緣剛接觸到太陽圓面的瞬間（即月面的東邊緣與日面的西邊緣相外切的時刻），稱為初虧。初虧也就是日食過程開始的時刻。

食既從初虧開始，英國天文學(xué)家倍利最早描述了這種現(xiàn)象，因此又稱為倍利珠。這是由于月球表面有許多崎嶇不平的山峰，當(dāng)陽光照射到月球邊緣時，就形成了貝利珠現(xiàn)象。

食甚食既以后，日輪繼續(xù)東移，當(dāng)月輪中心和日面中心相距最近時，就到食甚。食甚是太陽被月亮遮去最多的時刻。

生光月亮繼續(xù)往東移動，當(dāng)月面的西邊緣和日面的西邊緣相內(nèi)切的瞬間，稱為生光，它是日全食結(jié)束的時刻。在生光將發(fā)生之前，鉆石環(huán)、貝利珠的現(xiàn)象又會出現(xiàn)在太陽的西邊緣，但也是很快就會消失。接著在太陽西邊緣又射出一線刺眼的光芒，原來在日全食時可以看到的色球?qū)?、日珥、日冕等現(xiàn)象迅即隱沒在陽光之中，星星也消失了，陽光重新普照大地。

復(fù)圓生光之后，月面繼續(xù)移離日面，太陽被遮蔽的部分逐漸減少，當(dāng)月面的西邊緣與日面的東邊緣相切的剎那，稱為復(fù)圓。這時太陽又呈現(xiàn)出圓盤形狀，整個日全食過程就宣告結(jié)束了。

現(xiàn)象原理發(fā)生日全食是因?yàn)樘柨拷虑蜍壍琅c地球軌道的一個交點(diǎn)，而同時月球在距此點(diǎn)的最遠(yuǎn)的點(diǎn)上。即為光的直線傳播。

之所以會發(fā)生日全食，是因?yàn)榇嬖谝环N神奇的對稱性。太陽的直徑是月亮的400倍，而它距地球的距離正好也是月亮的400倍。結(jié)果，當(dāng)月亮完全處于地球和太陽之間時，對那些完全處于月亮陰影中的人來說，太陽的表面便被完全遮擋了。太陽變成了黑色，只留下一個金色的光環(huán)，天空變成了靛青色。鳥兒此時會失去方向，或者會飛回巢中，蝙蝠和其它夜行動物則可能睡眼惺忪地出來活動。1

現(xiàn)象觀測歷史上重要的日全食

公元前1948年，有人觀測到了日食。傳說夏代一位天文官因沉湎酒色，漏報日食，被砍首以警示玩忽職守者。甲骨文中共有1000多次日食記錄。最早是《尚書》記載的發(fā)生在公元前1948年的一次日食。

公元前776年9月6日，《詩經(jīng)·小雅》記載：“十月之交，朔日辛卯，日有食之?！?/p>

公元前585年，米提斯與利比亞兩族打仗，打到一半時 忽然間太陽消失不見了，兩族族人害怕災(zāi)禍的到來，終于達(dá)成美好的結(jié)果——兩族講和通婚。

1868年8月18日，東非、阿拉伯半島、印度半島、中南半島、馬來群島部分地區(qū)出現(xiàn)日全食，法國天文學(xué)家皮埃爾·讓森在英屬印度的貢土爾觀測日全食時，發(fā)現(xiàn)了日珥光譜中的新譜線，進(jìn)而發(fā)現(xiàn)新元素氦。

1919年5月29日，秘魯、智利、玻利維亞、巴西、利比里亞、法屬西非、英屬黃金海岸、葡屬圣多美普林西比、西屬幾內(nèi)亞、法屬赤道非洲、比屬剛果、北羅德西亞、尼亞薩蘭、德屬東非、葡屬東非部分地區(qū)出現(xiàn)日全食，幾乎整個南美洲、非洲和周邊一些地區(qū)出現(xiàn)日偏食。兩支觀測隊(duì)分別在巴西索布拉爾及葡屬圣多美普林西比普林西比島觀測，證實(shí)了廣義相對論的重力透鏡效應(yīng)。2

1973年6月30日，巴西、圭亞那、荷屬圭亞那、葡屬佛得角、毛里塔尼亞、馬里、阿爾及利亞、尼日爾、乍得、中非、蘇丹（全食帶在該國覆蓋的區(qū)域大部分屬于今南蘇丹）、烏干達(dá)、肯尼亞、索馬里和英屬塞舌爾部分地區(qū)出現(xiàn)日全食，大西洋兩岸至印度洋之間的廣大區(qū)域出現(xiàn)日偏食。美國、英國、法國等國科學(xué)家借助協(xié)和式飛機(jī)在毛里塔尼亞、馬里、尼日爾、乍得上空觀測，將全食時間延長至地面的10倍以上，達(dá)到74分鐘，是人類歷史上單次日全食觀測時間最長的記錄。3

1997年3月9日，哈薩克斯坦、中國、蒙古和俄羅斯部分地區(qū)出現(xiàn)日全食，亞洲東部和北美洲西北部地區(qū)出現(xiàn)日偏食。1995年發(fā)現(xiàn)的海爾-波普彗星在日全食期間出現(xiàn)在天空，此前日全食與亮彗星同時出現(xiàn)的記錄僅有3次。4中國科學(xué)家在漠河觀測時發(fā)現(xiàn)除虧、復(fù)圓時重力加速度出現(xiàn)異常降低的“重力雙谷”，尚未得到合理解釋。5

2016年3月9日印度尼西亞將出現(xiàn)一次日全食。印尼很多地區(qū)都可以看到持續(xù)2到3分鐘的日全食，包括蘇門答臘島、加里曼丹島、蘇拉威西島、馬魯古島。印尼這次以后要再看到日全食必須等到350年后。6

2019年7月2日下午4時40分（北京時間2019年7月3日4時40分），智利中北部的科金博大區(qū)和阿塔卡馬大區(qū)部分地點(diǎn)前后迎來了一次日全食。7

21世紀(jì)中國境內(nèi)的日全食

2008年8月1日（也稱“奧運(yùn)日食”），中國的新疆維吾爾自治區(qū)、甘肅省、內(nèi)蒙古自治區(qū)、寧夏回族自治區(qū)、陜西省、山西省、河南省部分地區(qū)可見全食。除臺灣和南海南部外其余地區(qū)都可見日偏食。隸屬哈密地區(qū)伊吾縣的葦子峽鄉(xiāng)建造了世界上第一個日全食觀測廣場。8

2009年7月22日，西藏東南、云南西北、四川中偏南、重慶大部、湖北中南、湖南北端、河南東南角、安徽南半部、江西最北端、江蘇南部、浙江北部、上海絕大部（除崇明島西北端）可見全食，其余地區(qū)均可見日偏食。北硫磺島東南的太平洋上，全食持續(xù)時間達(dá)到最長的6分39.5秒，是21世紀(jì)最長的一次，直到2132年6月13日才會打破。陸地上的最長持續(xù)時間在北硫磺島，達(dá)6分35秒。但實(shí)際上該島不易到達(dá)，多數(shù)人看到的持續(xù)時間均比該時間短。21世紀(jì)多數(shù)人能方便觀測到持續(xù)時間最長的日全食將會是2027年8月2日在埃及。

另據(jù)預(yù)測，2034年3月20日、2035年9月2日、2060年4月30日、2063年8月24日、2070年4月11日、2088年4月21日、2089年10月4日我國境內(nèi)將會發(fā)生日全食。

觀測條件1．必須在日全食發(fā)生的中心地帶上。

2．日全食的時間在3分鐘以上。

3．天氣狀況良好。

觀測方法墨水觀測法

可以取一盆清水，加入墨汁，通過水面的反光看太陽。此方法減光率較低，易使眼睛受傷，不推薦使用。

針孔投影法

利用兩塊板子，在其中一塊板子上挖一個小洞，讓陽光穿過這個小洞投影到另一塊板子上。

望遠(yuǎn)鏡投影法

手不要亂晃，否則太陽的影子會搖晃。并且千萬不要拿著望遠(yuǎn)鏡直接看太陽，如果用望遠(yuǎn)鏡直接看太陽，一定要用濾光鏡。

注意事項(xiàng)在拍攝日全食時，由于食甚一般只有幾分鐘。因此，還需要做好以下幾點(diǎn)：

1．提前進(jìn)行周密的規(guī)劃。

2．提前進(jìn)行實(shí)際演練。

3．實(shí)際觀測時，在全食或者環(huán)食階段找一個人專門負(fù)責(zé)報時。當(dāng)有人專門報時，其他觀測者就能對時間做到心中有數(shù)，更好的安排自己的觀測。

4．日冕的觀測。日冕是太陽的外層大氣，溫度高達(dá)幾百萬攝氏度，而密度比人類制造的真空還要空，可以說是能看得見的真空，日冕只有日全食時才觀測得到。每次日全食時所見的日冕形狀、大小及結(jié)構(gòu)都不同。在太陽黑子活動活躍期，日冕呈圓盤形；黑子活動衰期，日冕的形狀則不大規(guī)則，且沿太陽赤道區(qū)可見射光，在兩極附近地區(qū)呈扇形的結(jié)構(gòu)物。觀測時，可利用繪圖法記錄下來。

5．氣象變化觀測。日全食時，陽光突然消失，氣溫迅速下降，氣壓和風(fēng)向都有所變化。可用儀器記錄這些變化。

6．日全食時，可以利用這珍貴的幾十秒，進(jìn)行彗星、內(nèi)行星（金星和水星）的搜索。

另外，在面對最壯觀的日全食時，食甚時要摘掉濾光片。其余時候千萬不要用肉眼或任何光學(xué)設(shè)備直視太陽，不能用相機(jī)直接拍攝，以防損傷燒壞相機(jī)。

現(xiàn)象影響發(fā)生日全食時，光線穿過樹葉的縫隙投影出新月的影子。發(fā)生日全食時，動物常常準(zhǔn)備睡覺，或行為異常。發(fā)生日全食時，當(dāng)?shù)氐臏囟韧ǔ陆抵辽?0度。當(dāng)99 %的太陽表面被覆蓋時，能看到的晨昏蒙影現(xiàn)象。在日全食期間，地平線的周圍會有一個窄的光帶，這是因?yàn)橛^察者并不是直接站在月亮的影子下面，地球和月亮有一定的距離。在現(xiàn)代的原子鐘出現(xiàn)之前，天文學(xué)家通過對日食的古代記錄進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)地球旋轉(zhuǎn)的周期每個世紀(jì)變慢了0.001秒。

日全食是人們認(rèn)識太陽的極好機(jī)會。平時所見到的太陽，只是它的光球部分，光球外面的太陽大氣的兩個重要的層次—色球?qū)雍腿彰?，都淹沒在光球的明亮光輝之中。色球?qū)邮翘柎髿庵械闹袑?，它是在光球之上厚約2000千米的一層；在太陽外面，還包圍著溫度極高（百萬攝氏度）但卻十分稀薄的等離子體，延伸的范圍比太陽本身還大好幾倍，這叫做日冕。日冕的光度只有太陽本身的百萬分之一，平常它完全隱藏在地球大氣散射光造成的藍(lán)色天幕里。日全食時，月亮擋住了太陽的光球圓面，在漆黑的天空背景上，相繼顯現(xiàn)出紅色的色球和銀白色的日冕，科學(xué)工作者可以在這一特定的時機(jī)、特定的條件下，觀測色球和日冕，并拍攝色球、日冕的照片和光譜圖，從而研究有關(guān)太陽的物理狀態(tài)和化學(xué)組成。例如在1868年8月18日的日全食觀測中，法國的天文學(xué)家讓桑拍攝了日餌的光譜，發(fā)現(xiàn)了一種新的元素“氦”，這個元素一直在過了二十多年之后，才由英國的化學(xué)家雷姆素在地球上找到。

日食可以為研究太陽和地球的關(guān)系提供良好的機(jī)會。太陽和地球有著極為密切的關(guān)系。當(dāng)太陽上產(chǎn)生強(qiáng)烈的活動時，它所發(fā)出的遠(yuǎn)紫外線、X射線、微粒輻射等都會增強(qiáng)，能使地球的磁場、電離層發(fā)生擾動，并產(chǎn)生一系列的地球物理效應(yīng)，如磁暴、極光擾動、短波通訊中斷等。在日全食時，由于月亮逐漸遮掩日面上的各種輻射源，從而引起各種地球物理現(xiàn)象發(fā)生變化，因此日全食時進(jìn)行各種有關(guān)的地球物理效應(yīng)的觀測和研究具有一定的實(shí)際意義，并且已成為日全食觀察研究中的重要內(nèi)容之一。

觀測和研究日全食，還有助于研究有關(guān)天文、物理方面的許多課題，利用日全食的機(jī)會，可以尋找水星軌道以內(nèi)的行星；可以測定星光從太陽附近通過時的彎曲，從而檢驗(yàn)廣義相對論，可以研究引力的性質(zhì)等等。

此外，日食對研究日食發(fā)生時的氣象變化、生物反應(yīng)等都有一定的意義。

科學(xué)史上有許多重大的天文學(xué)和物理學(xué)發(fā)現(xiàn)是利用日全食的機(jī)會做出的，而且只有通過這種機(jī)會才行。最著名的例子是1919年的 一次日全食，證實(shí)了愛因斯坦廣義相對論的正確性。愛因斯坦1915年發(fā)表了在當(dāng)時看來是極其難懂、也極 其難以置信的廣義相對論，這種理論預(yù)言光線在巨大的引力場中會拐彎。人類能接觸到的最強(qiáng)的引力 場就是太陽，可是太陽本身發(fā)出很強(qiáng)的光，遠(yuǎn)處的微弱星光在經(jīng)過太陽附近時是不是拐彎了，根本看不出來。但如果發(fā)生日全食，擋住太陽光，就可以測量出來光線拐沒拐彎、拐了多大的彎。機(jī)會在1919年出現(xiàn) 了，但全食帶在南大西洋上，很遙遠(yuǎn)，也很艱苦。英國天文學(xué)家愛丁頓帶著一支熱情和好奇心極強(qiáng)的觀測 隊(duì)出發(fā)了。觀測結(jié)果與愛因斯坦事先計(jì)算的結(jié)果十分吻合，從此相對論得到世人的承認(rèn)。

日全食的計(jì)算涉及到太陽和月亮運(yùn)動的準(zhǔn)確性，因此古代許多天文學(xué)家用它來驗(yàn)證自己的歷法。1969年還有人利用公元2年以前的25次日食記錄來計(jì)算地球自轉(zhuǎn)速率的長期變化。

在考古斷代中，根據(jù)歷史中的日全食記載，可以幫助精確地確定歷史事件的具體時間，是十分可信的手段。