日全食

日食的一种

日全食（total solar eclipse）是日食的一种，即在地球上的部分地点太阳光被月亮全部遮住的天文现象。日全食分为初亏、食既、食甚、生光、复原五个阶段。由于月球比地球小，只有在月球本影中的人们才能看到日全食。民间称此现象为天狗食日，历史记载中称为“天再旦”。

基本简介

日食，又作日蚀，是一种天文现象。日全食是指当月球完全遮挡住太阳时，观测者在地球上的某些区域可以看到太阳完全被月球覆盖，从而造成白昼短暂变暗的现象日食只在发生在朔，即月球与太阳呈现合的状态时发生。

由于黄道（地球绕太阳公转的轨道平面）和白道（月球绕地球公转的轨道平面与天球相交的大圆）的交点有2个，这两个交点相距180°，所以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。太阳每天在黄道上向东移动约1°，由于日食的食限为18°左右的范围，太阳从黄道和白道交点以西的18°运行到黄道和白道交点以东的18°，大约需要36天，也就是说日食的每一个食季为36天。

日食是相当罕见的现象，分为日全食、日偏食和日环食。其中日全食、日环食较罕见，因为唯有在月球的本影投影在地球表面时，在该区域的人才能够观测到日全食；唯有在月球的伪本影投影在地球表面时，在该区域的人才能够观测到日环食。日全食是一种相当壮丽的自然景象，所以时常吸引许多游客特地到海外去观赏日全食的景象。例如，在1999年发生在欧洲的日全食，吸引了非常多观光客特地前去观赏，也有旅行社推出专门为这些游客设计的行程。

日全食通常持续时间为几分钟，最长时间可达约7分31秒，这一记录发生在1912年7月22日的日全食。这次日全食的路径从印度开始，途经中国，包括上海、南京和武汉，最后进入太平洋。

日全食的形成条件包括月球处于新月阶段，位于地球和太阳之间，并且三者几乎呈直线排列。月球与地球的距离也至关重要，只有在月球离地球较近时，它才能够完全遮挡住太阳，形成全影区，供观测者体验完整的日全食。此外，天气条件如晴天也是观测日全食的关键因素。

产生阶段（食相）

日全食发生时，根据月球圆面同太阳圆面的位置关系，可分成五种食象。

初亏

月球比太阳的视运动走得快。日食时月球追上太阳。由于月亮自西向东绕地球运转，所以日食总是在太阳圆面的西边缘开始的。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。

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”的时刻叫作食既，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。英国天文学家倍利最早描述了这种现象，因此又称为贝利珠现象。太阳圆面被月亮遮掩的部分逐渐增大，阳光的强度与热度显著下降。

食甚

食既以后，日轮继续东移，当月轮中心和日面中心相距最近时，就到食甚。食甚是太阳被月亮遮去最多的时刻。

生光

月球西边缘和太阳西边缘相“内切”的时刻叫生光，是日全食的结束时刻。从食既到生光一般只有二三分钟，最长不超过七分半钟。在生光将发生之前，钻石环、贝利珠的现象又会出现在太阳的西边缘，但也是很快就会消失。接着在太阳西边缘又射出一线刺眼的光芒，原来在日全食时可以看到的色球层、日珥、日冕等现象迅即隐没在阳光之中，星星也消失了，阳光重新普照大地。

复圆

生光之后，月面继续移离日面，太阳被遮蔽的部分逐渐减少，当月面的西边缘与日面的东边缘相切的刹那，称为复圆。这时太阳又呈现出圆盘形状，整个日全食过程就宣告结束了。

现象原理

日食的形成原理是由于光的直线传播。

月球运动到太阳和地球中间，恰好运行到非常接近一条直线的位置上，或月球就会挡住太阳射向地球的光，月球身后的黑影正好落到地球上，这时发生日食现象。致使地球上的局部地方，即使是白天，也看不到太阳或只看到残缺的太阳，太阳完全被遮住称为日全食，遮住部分称为日偏食或日环食。

之所以会发生日全食，是因为存在一种神奇的对称性。太阳的直径是月亮的400倍，而它距地球的距离正好也是月亮的400倍。结果，当月亮完全处于地球和太阳之间时，对那些完全处于月亮阴影中的人来说，太阳的表面便被完全遮挡了。太阳变成了黑色，只留下一个金色的光环，天空变成了靛青色。鸟儿此时会失去方向，或者会飞回巢中，蝙蝠和其它夜行动物则可能睡眼惺忪地出来活动。在日全食期间，地平线的周围会有一个窄的光带，这是因为观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离。

日全食大约每一年半在地球上发生一次。但在北、南极地区，人们只能看到日偏食。

食既从初亏开始，就是偏食阶段了。月亮继续往东运行，太阳圆面被月亮遮掩的部分逐渐增大，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。此时整个太阳圆面被遮住，因此，食既也就是日全食开始的时刻。

现象观测

观测条件

1、必须在日全食发生的中心地带上。

2、日全食的时间在3分钟以上。

3、天气状况良好。

观测方法

墨水观测法

可以取一盆清水，加入墨汁，通过水面的反光看太阳。此方法减光率较低，易使眼睛受伤，不推荐使用。

针孔投影法

利用两块板子，在其中一块板子上挖一个小洞，让阳光穿过这个小洞投影到另一块板子上。

望远镜投影法

手不要乱晃，否则太阳的影子会摇晃。并且千万不要拿着望远镜直接看太阳，如果用望远镜直接看太阳，一定要用滤光镜。

日食看点

看点一：贝利珠。

看点二：色球层。

看点三：日珥。

看点四：日冕。

看点五：天空和环境。

注意事项

在拍摄日全食时，由于食甚一般只有几分钟。因此，还需要做好以下几点：

1、提前进行周密的规划。确保当天的天气适合观测，尽量避免阴云密布的天气。提前查阅日全食的时间表，确定观测地初亏、食既、食甚、生光、复圆的具体时间。选择无遮挡的地点，确保有良好的视野。提前到达以避免拥堵。

2、提前进行实际演练。确保能够准确熟练地操作。

3、安全防护：使用专用的太阳滤镜（如ND100000滤镜）来保护相机传感器和眼睛。普通太阳镜无法提供足够的保护。如果没有太阳滤镜，可以使用焊接面罩（如等级14）作为替代，但需确保其符合安全标准。另外，除在面对食甚时可摘掉滤光片以外，其余时候千万不要用肉眼或任何光学设备直视太阳，不能用相机直接拍摄，以防损伤烧坏相机。

4、实际观测时，在全食或者环食阶段找一个人专门负责报时。当有人专门报时，其他观测者就能对时间做到心中有数，更好地安排自己的观测。

5、日冕的观测：日冕是太阳的外层大气，温度高达几百万摄氏度，而密度比人类制造的真空还要空，可以说是能看得见的真空，日冕只有日全食时才观测得到。每次日全食时所见的日冕形状、大小及结构都不同。在太阳黑子活动活跃期，日冕呈圆盘形；黑子活动衰期，日冕的形状则不大规则，且沿太阳赤道区可见射光，在两极附近地区呈扇形的结构物。观测时，可利用可拍摄视频的设备存储记录下来。

6、气象变化观测：日全食时，阳光突然消失，气温迅速下降，气压和风向都有所变化。可用仪器记录这些变化。

7、后期处理：可以将不同阶段的照片合成一张，展示日全食的全过程。使用图像处理软件调整照片的曝光和对比度，以更好地展示日食的细节。

8、日全食时，可以利用这珍贵的几十秒，进行彗星、内行星（金星和水星）的搜索。

研究历史

中国观测历史

早在公元前1948年就有人观测到了日食。中国在公元前2300多年前就有了当时最先进的天文观象台。中国历来重视日食的预报，据说夏代一位天文官因沉湎酒色，漏报日食，被砍首以警示玩忽职守者。中国有世界上最早、最完整、最丰富的日食记录。光是古书（至清代）的史料（不包括甲骨文），就有1000多次日食记录。最早是《尚书》记载的发生在公元前1948年的一次日食。《诗经》中更是详细记载了发生在公元前776年9月6日的日食：“十月之交，朔日辛卯，日有食之。”中国古代夏、商、周时期因历史久远，缺乏精确的文字记录，因此难以精确地断代，而日食天象就像是一座相当精确的历史时钟，可以帮助确定一些历史事件的时间。随着时间的推移，宋代和明代的天文学发展使日全食的观测变得更加系统，明清两代天文学家如徐光启对日全食进行了详尽的记录。特别是1912年7月22日的日全食，成为中国天文学家系统观测的重要事件，推动了现代天文观测的发展。世界天文学家普遍承认中国古代日食记录的可信程度最高，为世人留下了珍贵的科学文化遗产。

西方观测历史

古代西方一次日食中止一场战争，西洋最有名的故事记载是在西元前585年。米提斯与利比亚两族打仗，打到一半时忽然间太阳消失不见了，两族族人害怕灾祸的到来，终于达成美好的结果——两族讲和通婚。对于日食现象的看法，除了大溪地人把日食当成正面意义外，其他的国家都将其做负面的解释。譬如西元前六百多年，雅典攻打某族时，因为发生食相而害怕不敢继续前进，就延迟了进攻，反倒让敌方趁这段时间有了准备，结果当雅典军队进攻敌方时，反而被打败了。

古希腊哲学家亚里士多德和托勒密对日食现象的解释奠定了基础。公元前585年，希腊哲学家泰勒斯成功预言了一次日食，显示了早期科学探索的精神。进入17世纪，伽利略利用望远镜对日全食进行观察，使这一现象的理解更加深入。19世纪和20世纪，随着科学技术的进步，日全食的观测成为验证科学理论的重要机会，例如1919年的日全食验证了爱因斯坦的广义相对论。

本世纪中国境内的日全食时间及全食区

2008年8月01日

中国的新疆维吾尔自治区、甘肃省、宁夏回族自治区、陕西省、山西省、河南省部分地区可见全食。其中，甘肃省金昌市是一个较佳的观测地点。

2009年7月22日

这次日全食，中国最佳观测区在长江流域且持续时间长。此外，中国其他大部地区可见程度不等的日偏食。

2034年3月20日

西藏自治区北部，青海省西南部。

2035年9月02日

新疆维吾尔自治区中南部，甘肃省中北部，内蒙古自治区中西部，山西省北部，河北省中部，北京市大部，天津市北部，辽东半岛大部及辽宁省西南部极少地区。

2060年4月30日

新疆维吾尔自治区中部，青海省与甘肃省交界地区。

2063年8月24日

新疆维吾尔自治区中部以东，内蒙古自治区中部，吉林省大部地区，黑龙江省东南部，辽宁北部极少地区。

2070年4月11日

西沙群岛，台湾岛最南端沿海地区。

2088年4月21日

新疆维吾尔自治区中部，青海省北部与甘肃省西南部交界地区。

2089年10月04日

西藏自治区西部，四川省中部偏南地区，重庆市南部，贵州北部，湖南省中部偏北地区，江西省中部，福建省北部。

本世纪中国境外的著名的日全食

2017年8月21日，美国迎来了“99年一遇”的日全食奇观。这次日全食之所以罕见，是因为它是99年来首次横跨美国东西海岸的日全食：从西北部俄勒冈州的林肯海滩（Lincoln Beach）开始，向东南延伸到南卡罗来纳州的查尔斯顿（Charleston），至大西洋中部结束。当地时间21日上午9时5分（北京时间22日0时5分），美国西海岸民众开始看到月亮逐渐遮蔽太阳；美国东部时间下午4时9分（北京时间22日4时9分），美国东海岸民众可见的最后月亮阴影消失，美国本土可见的日食现象结束。此次日食在地球表面形成了113公里宽的日全食带，斜跨美国14个州。西起俄勒冈州林肯市、东至南卡罗来纳州查尔斯顿的日全食带地区生活的1220万美国人，以及来自世界各地的天文爱好者都经历了两分钟左右的完全黑暗。

现象影响

1、在文化与宗教层面：日全食常常被视为预兆，许多古代文化将其解释为神的愤怒或命运的转折。这样的信仰不仅体现在神话传说中，也影响了许多艺术作品和文学创作，使日全食成为人类文化表达的重要主题。

2、生态方面：发生日全食时，动物常常准备睡觉，或行为异常；短时间内的温度下降最高可达20度。光线的骤然变化可能使一些动物误以为是黄昏，改变其活动模式。此外，短暂的温度下降也会影响当地的气候条件和环境状态，展现了自然界对这一现象的敏感反应。当99%的太阳表面被覆盖时，能看到的晨昏蒙影现象。

3、公众参与和教育：每当日全食发生，都会吸引大量观众前往最佳观测地点，激发人们对科学和天文学的兴趣。这种参与感不仅提升了公众对科学的认识，还促进了相关领域的教育和宣传，推动了科学素养的提高。

4、推动技术发展：在现代的原子钟出现之前，天文学家通过对日食的古代记录进行研究，发现地球旋转的周期每个世纪变慢了0.001秒。为获取最佳观测效果，科学家和爱好者们不断研发更先进的观测设备和技术，这不仅促进了光学和摄影技术的进步，也推动了数据分析和处理技术的发展。这一过程让人类在科学技术上不断创新和突破。

研究价值

日全食之所以受重视，更主要的原因是它的天文观测价值巨大。

日全食是人们认识太阳的极好机会。平时所见到的太阳，只是它的光球部分，光球外面的太阳大气的两个重要的层次——色球层和日冕，都淹没在光球的明亮光辉之中。色球层是太阳大气中的中层，它是在光球之上厚约2000千米的一层；在太阳外面，还包围着温度极高（百万摄氏度）但十分稀薄的等离子体，延伸的范围比太阳本身还大好几倍，这叫做日冕。日冕的光度只有太阳本身的百万分之一，平常它完全隐藏在地球大气散射光造成的蓝色天幕里。日全食时，月亮挡住了太阳的光球圆面，在漆黑的天空背景上，相继显现出红色的色球和银白色的日冕，科学工作者可以在这一特定的时机、特定的条件下，观测色球和日冕，并拍摄色球、日冕的照片和光谱图，从而研究有关太阳的物理状态和化学组成。例如在1868年8月18日的日全食观测中，法国的天文学家让桑拍摄了日饵的光谱，发现了一种新的元素“氦”，这个元素一直在过了二十多年之后，才由英国的化学家雷姆素在地球上找到。

日食可以为研究太阳和地球的关系提供良好的机会。太阳和地球有着极为密切的关系。当太阳上产生强烈的活动时，它所发出的远紫外线、X射线、微粒辐射等都会增强，能使地球的磁场、电离层发生扰动，并产生一系列的地球物理效应，如磁暴、极光扰动、短波通讯中断等。在日全食时，由于月亮逐渐遮掩日面上的各种辐射源，从而引起各种地球物理现象发生变化，因此日全食时进行各种有关的地球物理效应的观测和研究具有一定的实际意义，并且已成为日全食观察研究中的重要内容之一。

观测和研究日全食，还有助于研究有关天文、物理方面的许多课题，利用日全食的机会，可以寻找水星轨道以内的行星；可以测定星光从太阳附近通过时的弯曲，从而检验广义相对论，可以研究引力的性质等等。

此外，日食对研究日食发生时的气象变化、生物反应等都有一定的意义。

科学史上有许多重大的天文学和物理学发现是利用日全食的机会做出的，而且只有通过这种机会才行。最著名的例子是1919年的一次日全食，证实了爱因斯坦广义相对论的正确性。爱因斯坦1915年发表了在当时看来是极其难懂，也极其难以置信的广义相对论，这种理论预言光线在巨大的引力场中会拐弯。人类能接触到的最强的引力场就是太阳，可是太阳本身发出很强的光，远处的微弱星光在经过太阳附近时是不是拐弯了，根本看不出来。但如果发生日全食，挡住太阳光，就可以测量出来光线是否拐弯、拐了多大的弯。机会在1919年出现了，但全食带在南大西洋上，很遥远，也很艰苦。英国天文学家爱丁顿带着一支热情和好奇心极强的观测队出发了。观测结果与爱因斯坦事先计算的结果十分吻合，从此相对论得到世人的承认。

日全食的计算涉及太阳和月亮运动的准确性，因此古代许多天文学家用它来验证自己的历法。1969年还有人利用公元2年以前的25次日食记录来计算地球自转速率的长期变化。

在考古断代中，根据历史中的日全食记载，可以帮助精确地确定历史事件的具体时间，是十分可信的手段。

未解之谜

自古以来，日全食作为一种壮观的天文现象，始终让人充满惊奇和敬畏。尽管我们对它的许多方面已有深入了解，但是其背后的一些神秘现象和科学问题仍然让我们无法解答，仍伴随着众多令人迷惑的未解问题和待解之谜。

首先，关于日全食的成因，我们虽然知道是月球遮挡了太阳，但是为什么月球能够恰好遮挡住太阳呢？这个神秘的巧合背后隐藏着怎样的科学原理？宇宙中是否存在其他类似的神秘现象？我们对此是否还需要进一步的探索？这一切都值得我们深思。

再者，关于日全食对地球的影响，也是科学家们关注的焦点。我们知道日全食会导致短时间内的温度下降和光线变化，但日全食对气候的长期影响仍不清楚。还有一些研究表明，在日食发生前后，地震活动可能会有所增加，但这种关联仍然是一个未解之谜。科学家正在调查日全食是否会影响地壳运动，或只是巧合。这些问题尚未得到明确的答案。此外，日全食期间的奇异景象，是否会对动物的行为产生影响？又是如何影响的？是否会对地球的天气模式产生影响？我们能否预测这些影响？这些问题也让人充满好奇。

而且，关于日全食的科学价值也有许多未解之谜。爱因斯坦的广义相对论预言光线会在引力场中发生弯曲，日全食提供了测试这一理论的机会。然而，具体的观测和理论预测之间的细微差异仍值得深入研究，以便更好地理解引力如何影响光传播。从科学的角度看，日全食是研究和了解天文现象的重要机会。

最后，从文化的角度看，日全食在许多文化中都有着特殊的意义和象征意义。例如在中国古代，人们认为日全食是一种不祥之兆。那么这种观念是如何形成的？日全食在不同文化中的象征意义有何异同？这些都是值得我们去探索的问题。

总的来说，日全食的神秘面纱背后隐藏着无尽的未知和奥秘。不仅激发了科学家的研究兴趣，也让公众更加关注这一神秘的天文现象。每一次的日全食都让我们有机会去揭开这层神秘的面纱的一角。

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