2006年土耳其上空的 日食全过程

晴朗的 白天，耀眼的 太阳突然被一个黑影遮住了一部分，黑影逐渐扩大，甚至把整个日轮都遮住，白天忽然变为黑夜，太阳周围的 星 星 出来了，气温明显下降，短短的 几分钟后，太阳又恢复了光芒，这就是“日食”现象。观测日食是研究太阳外层大气色球和日冕极好的 机会。

月食则是与此类似的 一种天象，在满月的 夜晚，明月高悬天空，一个黑影慢慢地把明月吞食，使圆圆的 月球失去光辉，然后月轮又逐渐恢复原样，这就是月食。

日食和月食都是由于太阳、月球、地球三个星 球运行到几乎排成一条直线时所发产生的 一种自然现象，它们的 区别在于三者之间的 相对位置不一样。日食是月球运行到太阳和地球连线之间，月食则是月球运行到太阳和地球连线之外侧。

1. 日（月）食原理

月球环绕地球运行，它的 轨道平面称为白道面，月球同时又随着地球一起绕太阳运行，这个轨道面被称为黄道面。这两个平面并不一致，而是形成了一个倾斜的 交角。

月球和地球本身都是不发光的 天体，它们在太阳光的 照射下，都会拖出一条长长的 影子。当月球运行到太阳和地球之间，太阳、月球、地球又恰好几乎在同一直线上时，太阳照射在地球上的 光线被月球遮住了一部分或全部遮住，人们就看到了日食。

 日食原理

从这个原理可以知道，日食必定发生在朔日，即农历初一。但是并非每个朔日都会发生日食，这是因为黄道面和白道面之间有一个5°09′的 夹角，朔的 时候，月球虽然位于太阳和地球之间，但日、月、地三者却不一定正好处于一条直线上。只有当发生朔的 是否，月球又恰好运行到黄道和白道的 交点附近，才会发生日食。

 月食原理

月食的 原理与此相同，当月球运转的 太阳和地球连线的 外侧时，地影投射在月球之上，使得月球顿失皎洁，即为月食。所以月食一定出现在望日，即农历十五前后。

2. 日食的 分类

日食一般分为三种类型：日全食、日偏食、日环食。

如图所示，月球在背向太阳的 一面形成一个锥形的 影子区域，我们把它称为影锥，其尖顶称为焦点，影锥焦点前面的 区域称为本影，焦点延伸部分称为伪本影，影锥外部的 区域则称为半影。由于地球绕太阳运转和月球绕地球运转的 轨道都不是正圆，日、月、地相互之间的 距离随时不同，因而当月球投下影子时，地球在不同时候就会进入不同的 影子区域，从而产生不同的 日食现象。

 2006年3月29日日全食

日全食  当地球离月球较近时，地球上有部分带状区域将落入月球本影的 区域，这个区域内的 观测者将看到整个太阳园面都将被挡住，这就是壮观的 日全食。日全食开始时，太阳先是缺掉一角，然后缺掉的 部分越来越大，直到整个太阳园面都被黑影所遮掩，此事整个天空会一下子暗下来，好像突然进入了黑夜，许多星 星 突现在天空中。太阳的 中心一片漆黑，周围可见一圈玫瑰色的 大气层，就是平时难得一见的 色球层，有幸的 话还可以看到红色的 日珥。色球层的 外面则是变化多端的 日冕。就在太阳整个园面被月影遮蔽的 一瞬间，还可以看见美丽的 贝利珠现象，这是由于月球边缘有很多山脉，遮挡太阳时不均匀所造成的 景观。

 日环食

日环食  当地球距离太阳较远时，地球将落入月球伪本影的 区域，此时月球的 影子比太阳的 视园面小，不足以将整个太阳园面遮挡住，因而这个区域内的 观测者将看到太阳被遮挡的 园面外围露出一圈迷人的 圈环，离焦点越远，这个环就越大。

 日偏食

日偏食  在月球影锥的 外围区域，也就是半影在地球上扫过的 区域内，观测者都只能看到太阳的 一部分被遮挡，他们所见就是日偏食。每当发生日食时，地球上只有一个很窄的 带状区域（即本影或伪本影在地球表面扫过的 区域，称为全食带或环食带，宽度通常只有几十千米到二、三百千米）内的 人能够看到日全食和日环食，而在此带状区域外围的 人就只能看到太阳的 一部分被遮掩，即为日偏食。

3. 日全食的 全过程

由于月球相对于恒星 背景是自西向东运动，因此日食总是从太阳的 右侧开始，日食发生时，根据月球视圆面同太阳视圆面的 位置关系 ，可把日食过程分为以下五种现象：

（1）初亏  月球东边缘刚刚同太阳视圆面的 西边缘相接触的 时刻叫做初亏。初亏是第一次外切，是日食的 开始。由于太阳每日沿黄道东移大约1⁰，而月球每日沿白道东移大约13 ⁰，因此月球比太阳运行得快，日食时是月球从西向东追上太阳，所以日食是从太阳的 西边缘开始的 。

（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。食既是第一次内切，是日全食的 开始，从这个时候起，月球视圆面就把整个太阳日面遮住了，日全食从此真正开始。日偏食和日环食无此过程。

（3）食甚  月球影子中心移到同太阳中心最近的 时刻（既两交食天体的 视面中心距离）叫做食甚。食甚是太阳被食最深的 时刻，也就是日全食或日环食的 中心时刻。发生日偏食时，食甚是指被食程度达到最大的 时刻。

（4）生光  月球的 西边缘和太阳的 西边缘相内切的 时刻叫做生光。生光是第二次内切，是日全食的 结束。从食既到生光一般只有2—3分钟，最长不超过7分半钟。日偏食和日环食无此阶段。

（5）复圆  生光后大约一个小时，月球的 西边缘和太阳视圆面的 东边缘相接触的 时刻叫做复圆，复圆是第二次外切，从这时候起，月球与太阳视圆面完全脱离接触时刻。整个日食过程结束。

4. 日食观测方法

日食的 观测方法有多种，但是前往不能用肉眼直接观测是很危险的 。在太阳视园面尚未被完全遮蔽的 阶段，阳光始终是很强烈的 ，直视太阳会烧伤视网膜，损伤视力，严重者可导致失明。只有进入全食阶段时，才可以用肉眼直接欣赏太阳漂亮的 外层大气。而在偏食阶段，可以用下列方法观看。

1、使用太阳眼镜或专门的 滤光片挡在眼睛前面观看，就可以舒适地观测日食发生的 全过程。（图：透过滤光片观测太阳）

2、使用望远镜观测。比较妥当的 方法是使用投影板，投影板安装在目镜的 一端，调整目镜焦距，使在投影板上出现清晰的 太阳像。发生日食时就可以在投影板上观测日食的 全过程。若条件许可，观测者应快速描图，绘出日食时太阳上发生的 显著现象。如倍利珠，日冕形状，日珥等等。若用目镜直接观测，一定要加上专用的 太阳滤光片。

3、拍摄日食照片。望远镜前端一定要加上专用的 太阳滤光片，拍照时间要根据太阳被遮掩的 程度做调整，合适的 曝光时间需在日食发生之前就做好各种试验，日食发生时要围绕估计的 最佳曝光时间进行不同长度的 露光，以选取理想的 拍摄结果。

5. 日（月）食的 规律与周期

由于地球绕太阳和月球绕地球的 公转运动和黄白交点的 移动都是有规律的 ，所以日食和月食都是可以准确进行预报的 。就全球范围而言，日食并不罕见，每年至少发生两次，但是由于每次都只有少数一些地区能够欣赏到日全食（或环食），所以对某一个地区而言，要看到一次日全食的 壮观景象就很不容易了，平均要二三百年才有一次这样的 机会。

2009年7月22日，长江中下游区域将出现一次壮观的 日全食，上海和浙江部分区域都是十分理想的 观测区域。

6. 观测日食的 科学价值

日食是一种罕见的 天象，特别是日全食，对科学研究有很大的 价值。在日冕仪未发明之前，日食是科学家研究太阳大气唯一可以利用的 机会，也是天文学家利用日全食时月影遮住太阳光球，短暂的 黑夜降临的 特殊天象，观测色球和日冕，并拍摄色球、日冕的 照片和闪光光谱照片，从而研究有关太阳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，法国天文学家让桑拍摄了日珥光谱，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，才由英国化学家雷姆素在地球上找到。日食为科学家提供了研究电离层、日地空间环境、地球物理效应和大气温度效应的 机会。1919年，天文学家利用日全食验证了爱因斯坦在相对论中关于光线在引力场中偏转的 效应预言，直到现代仍然有许多科学家利用日全食的 机会进行各种特别的 观测，对一些平时难以验证的 物理规律进行研究。日全食时拍摄的 太阳光谱资料，也仍然是建立太阳色球，光球和日冕大气模型的 重要观测资料。（图：2006年3月29日日全食，挪威Odd-Hoydalsvik拍摄的 食甚前后系 列照片，可以看到精彩的 贝利珠现象） 

[思考与讨论]

讨论一下，还能有哪些观测日食的 办法？

为什么没有月环食？

【附录】 上海地区二十年可见日食情况表

（注：食分是指某地区观测到太阳被遮蔽最厉害时进入日面的 月影直径与太阳视直径之比，对日全食而言是指月影直径与太阳视直径之比，该比值可能大于1。）