天文的科普知识-日食

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日食是什么？

相信许多人对即将到来的日食兴奋不已，那么大家想知道日食的相关知识吗？日食是什么？如何才能安全地欣赏日食？正确欣赏日食需要做些什么规划呢？拿好你的日食眼镜，一起来看看天文学家给出的答案。

日〔月〕食就是朔望的一种形式。当三个互有引力的天体处在一条直线上时，就会形成朔望。对于我们地球人来说，最常见的朔望现象由太阳、地球和月球这三个对我们生活影响最大的天体共同构成。当地球处于太阳和月球之间时，地球自身阻挡了照向月球的太阳光，就形成了月食。而当月球运行至太阳和地球之间时，月球阻挡了照向地球的太阳光，从而形成日食。

为何不是每次新月时都会发生日食，而每次满月时都会发生月食？

由于地球绕太阳运转轨道与月球绕地球运转轨道并不完全处于同一平面之上〔不在一条直线上〕。与地球公转轨道相比，月球公转轨道略微倾斜了几度。因此，每个月中有半个月〔也就是月球绕轨道运行一周〕，月球处于地球公转轨道平面之上；而另外半个月，月球处于地球公转轨道平面之下。月球在经过地球轨道时恰好为新月或满月，只有满意这个条件，才会发生日食。

月球为何没有阻挡全部射向地球的太阳光？

地球的面积事实上特别大，而每次日食发生，仅有一小部分地区与月球恰好完全处于一条直线上。这意味着日食事实上有三种类型：日全食、日偏食以及日环食。要想弄明白这三者之间的区分，我们首先要搞清晰阴影如何产生。

本影与半影：

地球、太阳以及月球都是三维球体。因此，发光与成影都是三维立体的。在物理学中，阴影分为两类：本影与半影。本影是指某个物体阻挡了来自某一特定发光源的全部光线所形成的阴影。而半影指的是，某个物体阻挡了来自某一特定发光源的部分光线所形成的阴影。下面的图片展示了更多的环节。

如何欣赏日食？

太阳非常明朗，并且发射出大量强光。这些光线中含有高能紫外光，可能会对人眼造成损害。就算是戴上最高级的墨镜，也无法完全阻隔紫外光，因而戴墨镜直视太阳也是存在危急的。要正确地欣赏日食，需要要戴上特制滤镜。带有#14〔或更暗的〕滤光片的电焊护目镜即可，由于天文望远镜用的也是这种滤光片。许多地区也会出售“日食眼镜”，这种眼镜大多由硬纸板加上太阳滤光片制成的镜片组成。肯定要做好眼部爱护措施，戴上正确的眼镜，再欣赏日食。

假如找不到合适的滤光片来径直欣赏日食，也可运用针孔相机间接进行观测。针孔相机制作非常简约：在一个纸盘或硬纸板上扎一个小孔，让阳光从中穿过，在纸板后形成投影。不要径直用眼睛从纸板小孔中直视太阳。在纸板后放上一块白色床单，一张纸或是地面，让太阳投射到这些物体上观看。想要制作更高级一点的小孔相机〔也就是针孔投影仪〕，可以上网查找更具体的说明。

我还需要留意哪些事情？

假如你想找到欣赏日食的最正确地点，可以尽量选择日食轨迹的中心地带〔即“日全食区”〕。离日食轨迹中心越近，欣赏到的日食时间就越长，你所处四周环境也会越暗。

假如你恰好位于日全食区，那么很可能处处都是人，本地商业也可能会由于游客过多而陷入瘫痪。而假如你恰好正在旅行，我们建议每个人自备食物饮料，或者多带一些，共享给那些空手而来的旅客。

无论所在何地，肯定要记得查看当地天气预报，确保日食欣赏不会因云层而受到影响。假如你在远离城镇的乡村地区，记得肯定要远离野生动物。动物往往不明白究竟发生了什么，看到四周一切变得黑暗，它们有时会受到惊吓。所以要当心野生动物，尽量待在安全的地方。

日食的“季节”

日食的发生需要是满月涌现在黄白交点的肯定界限之内，这个界限就叫做“食限”。假如新月在黄道和白道的交点四周18度左右的范围内，就可能发生日食；假如新月在黄道和白道的交点四周16度左右的范围内，那么肯定有日食发生。

黄道、白道的交点有两个，这两个交点相距180度，故一年之中有两段时间可能发生日食，这两段时间都称为“食季”，它们相距半年。

太阳在黄道上每天向东移动约1度，由于日食的食限为18度左右的范围，太阳从黄道和白道交点以西的18度运行到黄道和自道交点以东的18度，大约需要36天，也就是说日食的每一个食季为36天。

一年之中有几次

日食的一个食季是36天，比一个朔望月的平均长度29.53天要长。因此在一个日食的食季内必定会发生一次日食，也可能发生两次日食。一年之中有两个日食食季，所以在一年之内至少有两次日食发生，也可能有四次日食发生〔假如每个食季中都包含两个朔日的话〕。

在太阳的引力作用下，黄道和白道的交点会不断地沿着黄道从东向西移动，每年移动约20度，方向与太阳沿黄道运行的方向相反，因此太阳在黄道上连续两次通过同一交点所经受的时间间隔〔这个间隔叫“食年”〕比一年〔365.2422天〕要短，只有346.62天，要约少19天。

食相

日全食发生时，依据月球圆面同太阳圆面的位置关系，可分成五种食象：

1.初亏。月球比太阳的视运动走得快。日食时月球追上太阳。月球东边缘刚刚同太阳西边缘相“接触”时叫做初亏，是第一次“外切”，是日食的开始。

2.食既。初亏后大约一小时，月球的东边缘和太阳的东边缘相“内切”的时刻叫做食既，是日全食〔或日环食〕的开始，对日全食来说这时月球把整个太阳都遮住了，对日环食来说这时太阳开始形成一个环；日食过程中，月亮阴影与太阳圆面第一次内切时二者之间的位置关系，也指发生这种位置关系的时刻。

食既发生在初亏之后。从初亏开始，月亮继续往东运行，太阳圆面被月亮遮掩的部分渐渐增大，阳光的强度与热度显著下降。当月面的东边缘与日面的东边缘相内切时，称为食既。天空方向与地图东西方向相反。

3.食甚。是太阳被食最深的时刻，月球中心移到同太阳中心距离最近；日偏食过程中，太阳被月亮遮盖最多时，两者之间的位置关系；日全食与日环食过程中，太阳被月亮全部遮盖而两个中心距离最近时，两者之间的位置关系。也指发生上述位置关系的时刻。

4.生光。月球西边缘和太阳西边缘相“内切”的时刻叫生光，是日全食的结束；从食既到生光一般只有二三分钟，最长不超过七分半钟。

对于日食，食甚后，月亮相对日面继续往东移动。

5.复圆。生光后大约一小时，月球西边缘和太阳东边缘相“接触”时叫做复圆，从这时起月球完全“脱离”太阳，日食结束。

日全食与日环食都有上述5个过程，而日偏食只有初亏、食甚、复圆3个过程，没有食既、生光。

辞海另解：日食的过程中，月亮阴影和太阳圆面第二次外切时的位置关系，也指发生这种位置关系的时刻。复圆是日食过程的结束。

日食的类型：

日食总共有四类，包括日偏食、日环食、日全食和混合食。

一、日偏食

日偏食，顾名思义，就是月球只部分遮挡了太阳并在地球上留下半影。进一步说，就是当日月连线与月地连线不在同一贯线上，日偏食才会发生。

二、日全食

日全食发生在月球能完全掩盖太阳时，从地球上看只能看见模糊的日冕。日全食只有在地球上本影〔月球最深的影子〕所在的区域才能被观测到。

本影在地球表面的移动轨迹形成的虚拟线称为全食带。只有在这条带上，人们才能观测到日全食。

三、混合食，又名全环食，是指在日食路径上，同一次日食从环食变为了全食〔反之亦然〕。换言之，混合食从地球上的某几处来看为日全食，其他地方看那么是日环食。这是最罕见的一种日食现象，由于其需要月球的位置在日地之间找到完满的平衡。

四、日环食

与此相反，日环食发生在日地月在同一连线上，但月球的视尺寸要小于太阳时。这就导致了月球无法完全掩盖太阳，后者的边缘围绕月球且清楚可见，就像一个火环在天空中燃烧，形成了壮丽的景象。

为什么不是每个月都有月食？

正如上文所说，天文学家之所以能够猜测日食和月食的发生，是由于地球和月球都拥有可被猜测的轨道。鉴于这些天体能够经常地落在同一贯线，那为何日食或者月食不是每月都能够发生呢？

其背后的缘由是由于月球的轨道相较于地球的要向北或向南倾斜几度。这就是为什么这三个天体不能每月都完满地在一条线上，导致了不是每个月都有日食现象。然而，值得留意的是，每年会有2-5次日食，而每个世纪平均会有约240次。

裸眼观测日食会不会致盲呢？

永久失明并不是裸眼观测太阳1-2分钟后的常见结果，但是，假如长时间观测，会给眼球带来严峻的且不可逆转的损害。这或许就是导致大众认为日食时裸眼观测太阳会更危急。

拓展：月食的天文知识

一、什么是月全食

地球和太阳基本呈一条直线状态时就会发生月食天象。相反，当月球运行到地球与太阳之间，且呈一条直线时就会发生日食天象。

二、月食有什么阶段

月全食的过程分为半影食始、初亏、食既、食甚、生光、复圆、半影食终七个阶段。以下我以2022年月全食来给大家做介绍。中心灰色为地球本影，由于地球存在大气层，所以圆环区域为半影区〔后续会讲到〕。

1、半影食始：月球与半影区开始接近，这时月球表面的亮度渐渐下降。

2、初亏：月食开始的标识。月球渐渐从东边缘缓缓进入实际地球的影子，月球与地球本影两圆发生外切。

3、食既：月球进入地球实际影子，并与该影子的圆第一次内切。月亮在这个时候完全进入地球的本影。

4、食甚：月亮与地球的中心最接近的时刻，这个时刻月球呈现红色或者橙红色。

5、生光：月球渐渐往西移动，移动至与地球本影内切时该阶段结束，这也标识着月全食的结束。

6、复圆：月球继续往西运动，直至与地球实际影子外切时，该阶段结束。

7、半影食终：月球离开地球的半影，月食结束的标识。

月偏食没有食既、生光过程，食甚也只表示最接近地球阴影的时刻。

三、月全食为什么红；为什么月全食是红色的

月全食发生时，为什么月亮不会消逝呢，还有变成红色的月亮呢？

首先我们都知道，折射现象会发生在光线穿过两个不同的透亮的介质。而太空是一种真空介质，地球大气层又是一种透亮的介质，所以当太阳的光线从真空穿过大气层时，就会发生折射，从而太阳光线可以照耀到月球的表面。这也就是为什么地球是圆的，但我们在海边仍旧能看到远处海面上的轮船。

四、那为什么月亮呈现红色的呢？

是由于地球大气的散射作用。波长越短，散射角度越大。蓝色波长受大气散射影响大，这也是我们能到地球呈现淡蓝色的缘由。而红色是可见光中波长最长的，受到散射影响最小，所以红光可以穿透地球大气层。

同时如前文所说，由于光线不同介质传播过程中会发生折射。这样红色的光线就会照到月球表面，所以发生月全食时，月亮就变成了红色。以上就是为什么月全食月亮是红色的缘由。

五、手机如何拍摄月全食

首先拍摄时间，拍月亮最正确时间是在傍晚月亮刚刚升起时，太阳还未完全落下的30分钟内。在这个时间范围内进行拍摄，月亮虽然不会显得特别亮，但天空总体呈蓝色调，与落日的红相称，拍出来会显得非常有感觉。

其次是拍摄的选择，由于手机摄像头的焦距、辨别率的局限，一般的手机拍摄基本素不可能充分展示月食的环节。这时候，可以尝试将月亮与街景、飞鸟、薄云等一同拍摄，增加图片的丰富度及故事性。

最末，有的小伙伴在用手机拍摄时可能会遇到这种状况：明明拍的非满