解密日全食

2008年8月1日18時20分，我國的新疆、甘肅、陜西等地，清楚地觀測到一次日全食的天文奇觀。燦爛耀眼的太陽在一兩個小時之內，逐漸被遮住光芒，慢慢變成一個黑色的球體。此時，人類可以用肉眼直接看向太陽，這個過程持續時間大約兩分多鐘。

專家預測，2009年的7月22日，中國境內還將出現一次日全食。本來同一地點再次出現日全食，大概需要300年左右的時間。為什12個月之內，我國能出現兩次日全食現象，奇特天文現象背后存在著怎樣的的科學道理呢？

坐落在北京西直門外的北京天文館，是天文知識的科普基地。在這里，大家可以了解很多關于宇宙的知識。在天文館的老館，有一個展區專門介紹日食的知識(圖1)。

①北京天文館日食、月食的演示儀器很直觀

北京天文館還組織了天文愛好者趕赴甘肅嘉峪關進行觀測，寇文是組織者之一。

寇文（北京天文館高級工程師）:我們天文館就是做這種科普工作。從這個角度考慮，現在更多的是引導，或者說是帶領廣大公眾正確地觀測，更好地觀測。

對于絕大多數人來說，日全食僅僅就是照片或者電視畫面上的印象。而寇文這次去甘肅酒泉，已經是他第三次到現場觀測日全食了。觀測日全食，親身體驗與看照片有什么不同呢？

寇文:對于日全食這個天象，每個人最好都能經歷一下，因為那種現場的感覺，是很難用語言來形容的。你親身經歷那個環境，那種感受，是非常地震撼，很多人看了一次以后就上癮了。

這次日全食之前，1997年我國的漠河地區曾經發生過一次日全食，寇文和一些天文愛好者到了現場觀看。時隔九年，2006年的3月9日，他又趕赴埃及，觀看了這種天象奇觀。

寇文:我們是在埃及戈壁灘上看的，很空曠，向四周望去，從頭頂到地平線越來越亮，頭頂上最黑，越往下越亮，整個地平線上都泛著紅色或桔紅色的晚霞或朝霞的色彩。周圍是歡呼的人群，大家都在狂叫。很難形容那種感受，自己完全融合在里邊，非常非常地振奮（圖2）。

②追逐日全食的愛好者，在撒哈拉沙漠觀察

今年的日全食，在我國西北地區可以清楚地觀測，我國北方的大部分地區可以看到日偏食。2009年的7月22日，我國還將出現一次日全食，在長江中下游一帶都可以觀測到。

寇文:實際上還不只如此， 2010年的1月15日，那時距離2009年的7月22日，也就剛剛過去不到半年的時間，還會發生一次日環食。2012年5月20日左右，還有一次日環食。在短短的幾年之內，接連發生兩次全食、兩次環食，這個機會是非常難得的。

日食和月食都是天體運行的結果，日食是月亮運行到了太陽和地球之間。而月食是地球運行到了太陽和月亮的中間。由于三個天體的位置互換，地球上的人就可以看到日食和月食這兩種天象奇觀了（圖3，4）。

③日食時，太陽、月球、地球位置示意圖

④月食時，太陽、地球、月球位置示意圖

朱進(北京天文館館長):所謂日食，是月亮把太陽給擋住了，在地球上投下了陰影。陰歷十五的時候是滿月，但你會發現月亮慢慢地就變成弦月了，它會一點一點地變小，最后就沒有出來。實際情況是月亮運行到地球的影子里面去了，這就是月食。

三個天體的運動是極其規律的，根據這個規律。我們可以推斷，在陰歷每個月的初一和十五，月亮都會轉到太陽和地球之間，或者地球在太陽和月亮之間，照此推斷，應該是每個月都會發生一次日食和月食現象。可是為什么專家卻說，日全食是難得一見的天文奇觀呢？

如果地球繞太陽公轉的軌道面和月亮繞地球公轉的軌道面，這兩個平面是完全重合的，那么，我們每個月都可以看到一次日食一次月食。但是由于實際上這兩個軌道面它有一個夾角，一個五度零九分的夾角，所以并不是每個月都會出現日食和月食（圖5）。

⑤黃白夾角示意圖

地球繞太陽運行的軌道面叫黃道面，月亮繞地球運行的軌道面叫白道面。黃道面和白道面并不是完全重合的，而是有一個夾角，叫黃白夾角。正是因為有了這個夾角，事情就發生了奇妙的變化。

朱進:農歷初一的那天，當我們看太陽的時候，月亮總會從我們和太陽之間過來。但是一般情況下它不會嚴格地把太陽給擋住，它可能從太陽的上面或者下面過去。

因為這個五度多的黃白夾角，月亮有時會從太陽的上面或者下面經過，它只會把太陽擋住一部分，這種情況下就發生了日偏食。還有一種日食的情況叫日環食，這又是怎么回事呢。

朱進:有些情況下，月亮正好在我們觀察的沿線，嚴格地從這條線上穿過去，它就會把太陽給擋住。因為月亮繞地球的這個軌道不是一個正圓，它離一個標準的圓還有一定差距，稍微有點兒扁的一個扁圓。月亮有時候離我們近，有時候離我們遠。在離我們比較遠的時候，從我們和太陽之間穿過，月亮就不能把太陽全都擋住。

月亮距太陽較近，正擋住太陽的時候，地球、月球、太陽三點成為一條直線。但月球又不能完全遮著太陽，此時就發生了日環食。這時，在黑色球體邊緣，會出現一圈耀眼的光芒，這就是日環食。當月亮位于近地點時，恰好看上去和太陽一樣大，才能把太陽完全遮住，這時才能發生日全食（圖6）。

⑥日環食時刻

朱進:因為一年有12個月，一年之中，我們在地球上至少能看到兩次日食，但最多是五次，不可能看到更多。

由此可以知道，日全食的發生并不是很常見，需要很多方面的因素合適才能發生。比如天體引力，公轉自轉，黃白夾角，地月距離等。科學家研究發現，相對于一個地區的人來說，要想在本地觀測到這次日全食，需要等上三百年到五百年的時間。

朱進:但是如果哪里有日全食，我就去那里的話，大概平均兩年就能夠有一次機會，或者說一兩年會有一次機會。2008年8月1日和2009年7月22日，12個月之內，中國國土范圍內就能看到兩次日全食，而且明年那一次又是全食帶經過了全世界人口最密集的區域之一，就是我們長江流域整個的范圍，這是非常難得的。

了解日食還有一個關鍵詞，那就是日食帶。設想一下，假如在發生日食的時候，我們從宇宙空間看，或者假設我們站在太陽上回頭看地球，又會是怎樣的情景呢？這時，我們會發現太陽把月亮照出一個影子，這個月亮影子在地球表面移動，移動的范圍就叫日食帶，也是地球上能夠看到日食的范圍（圖7）。

⑦形成日食帶的暗影

朱進:月亮的影子在地面上會掃出一條帶來，隨著時間的推移，一個圓的暗影一直在移動，在這個圓的陰影部分里面的人，當時所看到的日食，就是日全食的現象。這種情況下，月球的影子所形成的“帶”本身是一個特別窄的，一般就是100多公里，不到200公里這么一個寬度。

我國研究天象的歷史悠久。早在我國的夏朝，我們的古人就已經認識到了日食現象，有了關于日食的記載。古人還根據天象的變化，制定出了古代的歷法，也就是夏歷。

寇文:實際上，中國古代對這個現象的認識是有明白人的，大概在2000年前，就認為這是月亮把太陽遮住了，知道這是什么現象。

其實，日食和月食都是因為天體的運動而產生的自然現象。對于人類來說，這是大自然向我們展示的神奇魅力。地球上，與天體運動有關的自然現象還有潮汐現象，春夏秋冬四季變化等等。人們通過這些現象，不斷地實踐，研究，總結，認識到大自然的規律，編撰出歷法安排耕種，獲取食物，繁衍生息。

寇文:早在四五千年以前，人們已經知道了地球圍著太陽轉一圈，一年的長度365天或366天，應該說很精確。從一些天體運動的規律、周期，先人們做出一些預報。根據這些預報，來定歷法。那么長時間的觀測，經過若干年或者上百年的觀測，歷法就會有偏差，根據這個再來調整。所以這是一個漫長的多少代人的一個積累，所以越發展越精確。

平時，我們不能用肉眼直接看向太陽，因為人類脆弱的視覺神經不能承受太陽強烈光線的刺激。當日食發生的時候，我們應該用什么方法，才能正確地觀測日食現象呢 ？

寇文:根據自己現有的條件，想辦法找一個能夠減弱太陽光的東西，就是能夠把這個太陽光降低了，讓你眼睛看得比較舒服。

用自己制作的減光物品看太陽，有可能會損傷我們的眼睛，最好的辦法就是使用專門的觀看日食眼鏡（圖8）。

⑧這樣觀看日食很安全

太陽給地球上的人類以溫暖和光明，哺育萬物茁壯生長，并為我們帶來難得一見的壯麗景色。看過日全食，寇文的感觸是:在大自然面前，人類永遠都要保持一顆敬畏的心。