今天（6月21日），難得一見(jiàn)的日環(huán)食就要上演，下次日環(huán)食經(jīng)過(guò)中國(guó)要等十年之久，在相同的城市發(fā)生可能要百年后。那么，該怎么觀測(cè)寶貴的日環(huán)食？不但不能用裸眼、望遠(yuǎn)鏡、照相機(jī)、攝像機(jī)來(lái)直接觀測(cè)，即便和佩戴太陽(yáng)鏡、黑膠片等物品也不行。道理何在？這里有一份專(zhuān)業(yè)的安全觀測(cè)日環(huán)食指南，還教你如何制作簡(jiǎn)易裝備，動(dòng)起手來(lái)吧！

撰文 | 滿(mǎn)威寧 （美國(guó)加州州立大學(xué)舊金山分校物理與天文系教授）

2020年6月21日將會(huì)發(fā)生一次難得一見(jiàn)的日環(huán)食。整體食甚（月球?qū)μ?yáng)遮擋最多的時(shí)刻）將發(fā)生在北京時(shí)間下午2:40:04，此時(shí)太陽(yáng)在中印邊界的正上方，全國(guó)大部分地區(qū)都可看到日偏食。日食可觀測(cè)區(qū)會(huì)一直向東移動(dòng)，在此后的兩小時(shí)內(nèi)西藏、四川、貴州、湖南、江西、福建和臺(tái)灣等地的一些城鄉(xiāng)將依次迎來(lái)日環(huán)食景觀。盡管各地的偏食景觀可持續(xù)兩三個(gè)小時(shí)，但環(huán)食只持續(xù)若干分鐘并只在很小范圍內(nèi)可見(jiàn)。中國(guó)各地從最西到最東將觀測(cè)到環(huán)食（或者偏食食甚）的時(shí)間會(huì)在下午兩點(diǎn)半到四點(diǎn)十五分之間變化（點(diǎn)擊鏈接https://www.timeanddate.com/eclipse/in/china/xiamen可查詢(xún)各城市食甚時(shí)間）。詳情可見(jiàn)以下模擬視頻：視頻內(nèi)時(shí)間為通用協(xié)調(diào)時(shí) (UTC, Universal Time Coordinated)，加上八個(gè)小時(shí)就是北京時(shí)間。

但你知道嗎，很多常見(jiàn)的日食觀測(cè)方法其實(shí)是非常危險(xiǎn)的。因觀察日食而視覺(jué)受損多發(fā)生在兒童和青少年身上，本文旨在及時(shí)幫助大家做好準(zhǔn)備，清晰又安全地觀測(cè)6月21日即將發(fā)生的日食。文末附有彩蛋教大家在6月21日（夏至）的正午測(cè)量當(dāng)?shù)氐木S度和經(jīng)度。

錯(cuò)過(guò)了這次日環(huán)食，還要等多久？

下圖按時(shí)間順序編號(hào)展示了未來(lái)十年的各次日食的可觀測(cè)區(qū)域。

6月21日，在這個(gè)地圖上（1）號(hào)深紅色飄帶區(qū)域的人，將有幸觀察到日環(huán)食（不被云遮擋的話(huà)）。而在這條紅色飄帶南北兩側(cè)上千公里的范圍內(nèi)，則可以觀察到不同程度的日偏食，如下圖。

本次日環(huán)食觀測(cè)區(qū)和不同程度日偏食觀測(cè)區(qū) | 圖片來(lái)源：timeandtime.com

之后到2022年10月25日，中國(guó)西部地區(qū)能再次看到日偏食（黃色區(qū)域標(biāo)號(hào)6）。北美洲未來(lái)的兩次日食將出現(xiàn)在2023年10月14日（在北美洲西南部可以觀測(cè)的日環(huán)食，紅色飄帶標(biāo)號(hào)8）和2024年4月8日（北美洲南部和東部可觀測(cè)的日全食，紅色飄帶標(biāo)號(hào)9）。

中國(guó)東部和中部地區(qū)的同學(xué)，如果錯(cuò)過(guò)今年6月21日，則要等到2030年6月1日才能再看到一次日偏食。而日環(huán)食或日全食則平均要過(guò)幾百年才會(huì)在同一個(gè)地方再次出現(xiàn)。你準(zhǔn)備好迎接這次難得一見(jiàn)的日食了嗎？

日食或許是人們?cè)谌粘Ｉ钪芯湍苡龅降淖盍钊伺d奮的天文現(xiàn)象之一，也是眾多攝影愛(ài)好者最?lèi)?ài)的題材之一。對(duì)日食的觀察可以激發(fā)人們對(duì)科學(xué)的熱情，幫助大家透徹地理解很多書(shū)本上的科學(xué)知識(shí)，從天體運(yùn)行軌道的數(shù)學(xué)規(guī)律，到環(huán)境光照水平的輻射測(cè)定法和光度測(cè)定法的原理，不一而足。各種觀測(cè)日食的方法可以讓人們了解多種光學(xué)設(shè)備的原理和動(dòng)手實(shí)踐應(yīng)用。在今后的文章里，筆者會(huì)更多地介紹與日食月食相關(guān)的科學(xué)，本文只討論如何安全地觀察日食（和其他關(guān)于太陽(yáng)的天象）。

如果你所在的地區(qū)到時(shí)候陰天或者下雨，你還可以在以下專(zhuān)業(yè)網(wǎng)站觀看此次日食的直播。https://www.timeanddate.com/live/eclipse-solar-2020-june-21

觀察日食可能會(huì)造成哪些危害？

太陽(yáng)給地球送來(lái)了溫暖和光明，可她也是一個(gè)巨大的核反應(yīng)堆，時(shí)刻輻射著整個(gè)電磁波譜上的各類(lèi)電磁波。穿透大氣層有效到達(dá)地面的太陽(yáng)輻射范圍，包括從波長(zhǎng)290納米的紫外線(xiàn)、可見(jiàn)光、紅外線(xiàn)、微波，到波長(zhǎng)幾米的無(wú)線(xiàn)電波。

紫外線(xiàn)屬于電離輻射，單個(gè)光子可以破壞分子內(nèi)的化學(xué)鍵，因此可能破壞DNA從而引發(fā)皮膚癌變。紫外線(xiàn)曝露也會(huì)加劇眼球表面的老化，增加白內(nèi)障發(fā)生概率。即使是太陽(yáng)的可見(jiàn)光部分，也因?yàn)榱炼冗^(guò)高，可以對(duì)我們的眼睛造成永久性的傷害。類(lèi)似激光致瞎，觀測(cè)日食導(dǎo)致的暫時(shí)和長(zhǎng)久失明也時(shí)有發(fā)生。

更重要的是，雖然人類(lèi)的視覺(jué)神經(jīng)只能感知波長(zhǎng)在400到700納米左右的可見(jiàn)光，可是波長(zhǎng)從380到1400納米的可見(jiàn)光和紅外線(xiàn)都能暢通地穿過(guò)我們的眼球組織到達(dá)視網(wǎng)膜。所以即使是那些代表著溫暖，又不可見(jiàn)的紅外線(xiàn)部分，也可以因?yàn)閺?qiáng)度過(guò)高，對(duì)我們的視網(wǎng)膜造成局部的熱損傷。我們的視網(wǎng)膜既感知不到紅外線(xiàn)，又沒(méi)有痛覺(jué)神經(jīng)，所以如果發(fā)生了紅外線(xiàn)熱損傷，我們并不能及時(shí)察覺(jué)，因?yàn)椴粫?huì)馬上感到不適。

我們不需要對(duì)強(qiáng)度不高的普通電磁輻射（無(wú)線(xiàn)電波、微波、紅外線(xiàn)等無(wú)法電離原子或分子的電磁波）過(guò)多擔(dān)心，但我們一定要小心來(lái)自太陽(yáng)的紫外線(xiàn)輻射以及強(qiáng)可見(jiàn)光和強(qiáng)紅外線(xiàn)，避免它們可能造成的永久性的傷害。這些傷害可能在比幾秒還短的時(shí)間內(nèi)發(fā)生，而且可能不易察覺(jué)，所以學(xué)會(huì)真正安全地觀察日食非常重要。

觀察日食的第一要素是永遠(yuǎn)不要直接裸眼看太陽(yáng)。在日出日落的時(shí)候，地平線(xiàn)方向的太陽(yáng)被極長(zhǎng)距離的大氣散射掉了絕大部分的光，這時(shí)你可以用肉眼去短時(shí)間觀察一下紅彤彤的夕陽(yáng)，但專(zhuān)業(yè)意見(jiàn)也不會(huì)鼓勵(lì)這種行為。除此之外，一定不可以直接用裸眼觀察太陽(yáng)。

即使發(fā)生日食，當(dāng)百分之九十九以上的太陽(yáng)面積都被擋住的時(shí)候，也不可以裸眼看太陽(yáng)。同理，也不要用相機(jī)或手機(jī)直接對(duì)太陽(yáng)進(jìn)行拍攝，越是精細(xì)的感光系統(tǒng)（例如視錐感光細(xì)胞和相機(jī)的高敏感光器件）越容易在強(qiáng)光作用下被永久性破壞。 另外，月球表面有很多坑坑洼洼的環(huán)形山，發(fā)生日環(huán)食時(shí)，太陽(yáng)很可能從月球帶小坑的外延漏出耀眼的陽(yáng)光，形成鉆戒形狀的奇觀。這是攝影師的大愛(ài)，但直接觀察它和拍攝它對(duì)眼睛和相機(jī)的損害都是巨大的。

安全觀察日食通常有兩類(lèi)辦法：一類(lèi)是過(guò)濾掉絕大部分的光，包括紅外線(xiàn)和紫外線(xiàn)；一類(lèi)是讓太陽(yáng)在屏幕上成像。

過(guò)濾法

正規(guī)的太陽(yáng)觀測(cè)過(guò)濾膜或觀測(cè)鏡表面上看起來(lái)跟黑灰色鋁箔紙一樣不透明，它們實(shí)際上能夠過(guò)濾掉超過(guò)99.999%的可見(jiàn)光和紫外線(xiàn)，以及超過(guò)99.99%的紅外線(xiàn)，也就是透射率不到萬(wàn)分之一或者十萬(wàn)分之一。它們的價(jià)錢(qián)也并不昂貴，在美國(guó)有些幾美元就能買(mǎi)到。

判斷濾膜效果的專(zhuān)業(yè)術(shù)語(yǔ)叫吸光度（optical density），比如吸光度為5的過(guò)濾膜意味著透射率為10的5次方分之一（十萬(wàn)分之一）。上圖的濾膜吸光度在4.5到5.5之間，只能透射十萬(wàn)分之一的可見(jiàn)光和幾萬(wàn)分之一的紅外線(xiàn)，這類(lèi)鍍膜才可以被安全地用來(lái)觀察或拍攝日食。另一個(gè)常見(jiàn)參數(shù)遮光號(hào)(shade number)是吸光度乘以7/3再加上1。這項(xiàng)參數(shù)達(dá)到12-16的濾鏡或?yàn)V膜才能用來(lái)安全觀測(cè)日食。

而普通的墨鏡透光率一般是10%到25%， 請(qǐng)勿戴墨鏡觀察日食。即使戴五六層墨鏡，可見(jiàn)光透過(guò)率降低到了幾萬(wàn)分之一，也不一定能過(guò)濾紅外線(xiàn)。

我們上小學(xué)的時(shí)候，學(xué)校讓我們帶一塊涂了墨的玻璃（或者煙熏過(guò)的玻璃）去觀察日食，這也只是聊勝于無(wú)的保護(hù)，并不安全，更不能長(zhǎng)時(shí)間使用。而偏振濾光鏡（比如多數(shù)3D電影眼鏡）透光率是百分之五十，如果在同樣方向疊加使用，無(wú)論加多少層都沒(méi)有更好的遮光效果。

直到現(xiàn)在，很多介紹日食觀察的文章作者都沒(méi)有意識(shí)到這樣做對(duì)讀者的誤導(dǎo)。特別是使用多層墨鏡或煙熏玻璃等，讓太陽(yáng)看起來(lái)很黯淡，眼睛不覺(jué)得難受，就誤以為安全。其實(shí)這會(huì)更加危險(xiǎn)，因?yàn)榘倒庀峦讜?huì)放大，眼睛不覺(jué)得難受就更容易失去警惕而長(zhǎng)時(shí)間觀察，可是紅外線(xiàn)能直達(dá)視網(wǎng)膜，而我們不能及時(shí)意識(shí)到紅外線(xiàn)對(duì)視網(wǎng)膜的損傷。

再次強(qiáng)調(diào)，不要用肉眼和不安全設(shè)備觀察太陽(yáng)！以下為NASA日食觀測(cè)網(wǎng)站原文：“不安全的濾鏡包括所有彩色膠卷、不含銀的黑白膠卷、成像的照相底片（X射線(xiàn)和快照）、煙熏玻璃、太陽(yáng)鏡（單副或多副）、攝影中性灰度濾鏡和偏光鏡 ，它們中的大多數(shù)會(huì)透射大量不可見(jiàn)紅外輻射，引起視網(wǎng)膜熱灼傷?！保ǔ鲎裕篽ttps://eclipse.gsfc.nasa.gov/SEhelp/safety2.html ）

使用透光率低于幾萬(wàn)分之一的過(guò)濾法，除了可以用來(lái)觀察日食，還可以用來(lái)觀察太陽(yáng)表面的黑子，以及金星水星凌日等現(xiàn)象。

請(qǐng)一定不要將就著用以上各類(lèi)緩解眼睛不適的遮光物品看太陽(yáng)超過(guò)幾秒鐘。

小孔成像法

如果沒(méi)有專(zhuān)業(yè)的太陽(yáng)濾鏡或者濾膜怎么辦呢? 另一個(gè)觀察太陽(yáng)的方法是成像法。

但注意，不可以裸眼觀察水面或鏡面給太陽(yáng)成的鏡像（虛像）。用墨水或油反光是我國(guó)古人用過(guò)的方法?，F(xiàn)在報(bào)紙和網(wǎng)絡(luò)上還有人推薦利用一盆加了墨的水來(lái)觀測(cè)日食，這也非常危險(xiǎn)。盡管加了墨，水表面對(duì)陽(yáng)光的反射也高于安全劑量幾個(gè)數(shù)量級(jí)，一定不要直接用裸眼接收能形成鏡面反射的表面（水面、玻璃、金屬等）對(duì)太陽(yáng)的反光。

同樣，當(dāng)然也不能用望遠(yuǎn)鏡直接觀察太陽(yáng)（不能用望遠(yuǎn)鏡目鏡直接看太陽(yáng)的虛像），或在相機(jī)取景框內(nèi)觀察。

這里說(shuō)的成像法是指：制造光路讓太陽(yáng)能成一個(gè)實(shí)像，把實(shí)像投影在幕布（或地面墻面）上，再進(jìn)行觀看——眼睛接收到的是幕布對(duì)實(shí)像漫反射的光線(xiàn)，這樣才是安全的。

我們都知道小孔成像的原理，光線(xiàn)穿過(guò)小孔投射在幕布上形成與光源180度旋轉(zhuǎn)對(duì)稱(chēng)的實(shí)像。小孔越小，成像邊界越清晰（可是像也越暗）。幕布四周越暗，光源越亮，對(duì)比度越強(qiáng)，效果越好。幕布離小孔越遠(yuǎn)，成像越大。

于是我們可以自己制作小孔暗箱，把太陽(yáng)通過(guò)小孔所成的像投影在幕布上觀察日食

制作小孔暗箱的步驟：先在一個(gè)長(zhǎng)紙盒子的一側(cè)剪出一個(gè)洞口，平平地粘上錫箔紙，把洞口擋嚴(yán)實(shí)；再用筆尖或針扎個(gè)孔；在紙盒另一側(cè)的內(nèi)側(cè)貼上白紙；在紙盒的下方挖個(gè)頭可以伸進(jìn)去的洞，或者開(kāi)個(gè)眼睛可以往里面看的口子。記得永遠(yuǎn)要背對(duì)著小孔觀察，不能直接通過(guò)小孔看太陽(yáng)。暗箱越長(zhǎng)，屏幕越暗，效果越好。

簡(jiǎn)化版的暗箱不需要從暗箱內(nèi)側(cè)觀察，只需要哪怕一個(gè)手紙或廚房紙的卷筒就可以制作。在卷筒的一側(cè)平平地粘上錫箔紙?jiān)僭】?，再用保鮮膜，或者半透明的蠟紙，把另一側(cè)粘成比較平整的接收屏幕就可以了，這樣就可以在半透明屏幕的外側(cè)看到太陽(yáng)的像。

由于陽(yáng)光通常很強(qiáng)，甚至不需要暗箱，隨便用一個(gè)有孔的東西對(duì)著地面進(jìn)行小孔成像，就能夠看到太陽(yáng)的形狀。為了效果更好，我們可以固定放置一個(gè)有小孔的大遮光板，再用一個(gè)大平板垂直陽(yáng)光方向做屏幕。如果小孔和屏幕距離夠遠(yuǎn)，太陽(yáng)的像可以比較大。

甚至兩手手指互相垂直，在指縫中形成的方形小孔，也能小孔成像，近似得到日食時(shí)候太陽(yáng)如彎月一般的形狀。同時(shí)使用多個(gè)孔，會(huì)得到很多個(gè)太陽(yáng)的像。濃密的樹(shù)葉之間的不規(guī)則小孔，也可以對(duì)太陽(yáng)小孔成像。

小孔成像法是觀察日食非常好的一個(gè)方法，但它的缺點(diǎn)在于，小孔成像一般比較黯淡或者比較?。ㄆ聊痪嚯x太遠(yuǎn)成像就難清晰），所以用這個(gè)方法較難清晰地觀察太陽(yáng)表面的黑子或金星水星凌日。

趕快去制作你的創(chuàng)意帶孔紙板，為觀察這次日食做好準(zhǔn)備吧！

成像法（透鏡成像法）

另外一種成像法是用透鏡成像。如果你有一個(gè)單筒或雙筒望遠(yuǎn)鏡，最簡(jiǎn)單的操作是用它讓太陽(yáng)直接投影在紙板屏幕上。

首先，把望遠(yuǎn)鏡固定好，物鏡對(duì)著太陽(yáng)方向；再用一個(gè)足夠大的紙板環(huán)繞望遠(yuǎn)鏡遮光，營(yíng)造一個(gè)大范圍較暗的背景，以便觀察太陽(yáng)的像；在垂直陽(yáng)光方向用一個(gè)白紙板做接收屏幕；調(diào)整屏幕的距離和角度直到成像令人滿(mǎn)意（原理會(huì)在文末介紹）。如果是雙筒望遠(yuǎn)鏡可以選擇遮掉一側(cè)物鏡。

這樣可以得到直徑比較大的太陽(yáng)實(shí)像。所以這個(gè)方法不僅適合觀測(cè)日食，還可以用來(lái)觀察太陽(yáng)上比較大的黑子，以及金星或水星凌日等現(xiàn)象。

圖片來(lái)源：柏樹(shù)豐博士和Felix Bai

使用透鏡成像觀察日食的時(shí)候，應(yīng)該盡量背對(duì)著太陽(yáng)觀察。再說(shuō)一遍，我們絕對(duì)不能用望遠(yuǎn)鏡直接看太陽(yáng)或看日食，甚至不能讓皮膚或易燃物質(zhì)靠近太陽(yáng)下如此放置的望遠(yuǎn)鏡目鏡。從右圖中可以看到，在望遠(yuǎn)鏡的目鏡附近，聚光的強(qiáng)度有多顯著——清晨的陽(yáng)光被望遠(yuǎn)鏡聚焦后就把紙板烤糊了。如果那是你沒(méi)有痛覺(jué)的視網(wǎng)膜，又會(huì)如何？

另外隨著地球自轉(zhuǎn)，陽(yáng)光角度發(fā)生變化，需要調(diào)整望遠(yuǎn)鏡的方向。日食的全過(guò)程往往持續(xù)幾個(gè)小時(shí)，不可一直用這個(gè)方法觀察，否則目鏡會(huì)過(guò)熱，導(dǎo)致脫離甚至碎裂。應(yīng)該時(shí)不時(shí)地遮住兩側(cè)物鏡，讓目鏡有機(jī)會(huì)冷卻。

可是，如果我沒(méi)有望遠(yuǎn)鏡怎么辦？利用基本的光學(xué)知識(shí)我們可以用普通的眼鏡鏡片自制太陽(yáng)成像儀，比如查爾斯頓學(xué)院（College of Charleston）的Richardson教授就教了大家下面這些簡(jiǎn)單的自制方法：

1）只要一個(gè)老花鏡片 (凸透鏡) 就可以給太陽(yáng)成像：

比如,下圖中使用一個(gè)100度的老花鏡，焦距1米，可以太陽(yáng)成像在大約1米遠(yuǎn)處成像，像的直徑有1厘米寬，足夠讓我們看清日全食或日環(huán)食不同階段的太陽(yáng)變化。

用老花鏡成像 | 圖片來(lái)源：http://richardsont.people.cofc.edu/

一個(gè)125度的老花鏡，對(duì)太陽(yáng)成像的距離約80厘米，成像直徑約8毫米。50度的老花鏡，成像距離有2米，成像直徑可以達(dá)到2厘米。

用長(zhǎng)的紙盒遮住周?chē)奶?yáng)光，用白紙?jiān)诤凶觾?nèi)側(cè)底部作屏幕，再用夾子調(diào)整透鏡距離尋找最清晰的成像位置，就可以了。成本也很低廉，是不是很簡(jiǎn)單，想立即做一個(gè)用起來(lái)呢？

2）仿造伽利略望遠(yuǎn)鏡做一個(gè)太陽(yáng)成像儀

為了達(dá)到更好的觀測(cè)效果，讓太陽(yáng)的像直徑擴(kuò)大，我們可以在凸透鏡之后再加一個(gè)凹透鏡，以發(fā)散被凸透鏡匯聚的光線(xiàn)，并讓太陽(yáng)的像投影在遠(yuǎn)處的屏幕上。

伽利略望遠(yuǎn)鏡光學(xué)原理圖 | 圖片來(lái)源：維基百科

如上圖所示，伽利略望遠(yuǎn)鏡是用長(zhǎng)焦距凸透鏡L1做物鏡，短焦距凹透鏡L2做目鏡，物鏡右側(cè)的焦點(diǎn)FL1與目鏡右側(cè)的虛焦點(diǎn)FL2重疊。透鏡之間間距為兩透鏡焦距絕對(duì)值之差。來(lái)自遙遠(yuǎn)天體（箭頭y）的光是近乎平行的光，對(duì)物鏡來(lái)說(shuō)物距接近無(wú)窮遠(yuǎn)，所以成縮小倒立的實(shí)像（箭頭y'）在物鏡與目鏡重疊的焦點(diǎn)O1附近。這個(gè)實(shí)像作為目鏡的虛物，再次被翻轉(zhuǎn)成一個(gè)正立放大的虛像（箭頭y''）在遠(yuǎn)處。一般我們用肉眼經(jīng)過(guò)目鏡觀察，這個(gè)放大的虛像透過(guò)圖中的眼球成像在我們的視網(wǎng)膜上。

可是這樣觀察太陽(yáng)會(huì)嚴(yán)重?fù)p傷視網(wǎng)膜。于是我們用一個(gè)屏幕，在右端遠(yuǎn)處接收穿過(guò)目鏡的光線(xiàn)，就能在屏幕上得到一個(gè)倒立的太陽(yáng)的像。由于圖中兩條紅色虛線(xiàn)的張角固定，所以屏幕距離目鏡越遠(yuǎn)，接收到的太陽(yáng)的像的直徑就越大（但太遠(yuǎn)容易模糊）。

自制透鏡成像系統(tǒng) | 圖片來(lái)源：http://richardsont.people.cofc.edu/

如圖所示，透鏡間距為凸透鏡焦距與凹透鏡焦距的差值，屏幕與凹透鏡的距離可以在20至40厘米之間調(diào)整，以得到3.8至7.6厘米直徑的太陽(yáng)的像。而用厚的物體在不同的位置支撐成像儀的底板可以方便地調(diào)節(jié)所需要的角度，使得底板與日光方向平行，透鏡與日光方向垂直。即使來(lái)不及為本次日食自制這類(lèi)專(zhuān)業(yè)設(shè)備，你也可以用它觀察太陽(yáng)黑子等。

希望本文總結(jié)的各種日食觀測(cè)方法對(duì)你有用，特別是中國(guó)中部和東部的讀者，錯(cuò)過(guò)這次日食要等到2030年了。

希望大家轉(zhuǎn)發(fā)和收藏本文，避免危險(xiǎn)和錯(cuò)誤的日食觀測(cè)方式可能造成的傷害，盡情享受這次難得的日環(huán)食美景。

彩 蛋

如何利用夏至，春分，秋分等機(jī)會(huì)測(cè)量本地的緯度和經(jīng)度

2020年6月21日適逢夏至。在這一天垂直地面立一個(gè)桿，并觀察它影子長(zhǎng)度的變化，記錄影子最短的長(zhǎng)度和發(fā)生的時(shí)間，即可測(cè)量本地的緯度和經(jīng)度。

北京時(shí)間是東經(jīng)120度的時(shí)間，也就是說(shuō)，在北京時(shí)間的正午十二點(diǎn)，太陽(yáng)對(duì)東經(jīng)120度來(lái)說(shuō)不偏東也不偏西，那里的影子在南北方向，并且長(zhǎng)度最短。如果當(dāng)?shù)赜白幼疃痰臅r(shí)刻比北京時(shí)間十二點(diǎn)早30分鐘，那么當(dāng)?shù)氐慕?jīng)度就比東經(jīng)120度更偏東半個(gè)時(shí)區(qū)（每個(gè)時(shí)區(qū)15度），所以當(dāng)?shù)亟?jīng)度是東經(jīng)127.5度。如果當(dāng)?shù)卣纾ㄓ白幼疃痰臅r(shí)刻）比北京時(shí)間正午十二點(diǎn)晚1.6個(gè)小時(shí)（比如中國(guó)西北某地），當(dāng)?shù)鼐捅葨|經(jīng)120度偏西1.6個(gè)時(shí)區(qū)，經(jīng)度是120減去1.6乘以15——東經(jīng)96度。

每逢夏至，陽(yáng)光直射北回歸線(xiàn)（北緯23.5度）。在這一天測(cè)量桿子的高度和最短的影子長(zhǎng)度，二者的比值是陽(yáng)光與地面夾角的正切。比如說(shuō)在北半球桿子1.20米高，影子0.30米長(zhǎng)，陽(yáng)光與地面夾角的正切是4.0，利用計(jì)算器或者量角器可以得出這個(gè)夾角是76 度。此時(shí)在北緯23.5度的陽(yáng)光與地面的夾角是90度。90度與你測(cè)量的陽(yáng)光與地面夾角的差值就是當(dāng)?shù)鼐暥扰c北緯23.5度的差異。如果你正午的影子朝北，你所在的緯度是北緯23.5+（90-76）= 37.5度。如果你這天最短的影子朝南，那你在北回歸線(xiàn)的南面，你所在的緯度是北緯23.5-（90-76）= 9.5度。

快去試試吧！同理還可在秋分，春分，等日測(cè)量經(jīng)度和緯度。比如秋分日太陽(yáng)直射赤道，所以那天當(dāng)?shù)赜白幼疃虝r(shí)刻的陽(yáng)光與地面的夾角與90度的差值就是當(dāng)?shù)氐木暥?。最后溫馨提示：如果晴天長(zhǎng)時(shí)間呆在戶(hù)外請(qǐng)不要忘記戴帽子和擦防曬指數(shù)SPF不少于30的防曬霜，一小時(shí)補(bǔ)充一次，（防曬指數(shù)超過(guò)50的防曬霜也要每?jī)尚r(shí)補(bǔ)充一次）。

資料來(lái)源

[1] www.timeanddate.com

[2] https://eclipse.gsfc.nasa.gov/

作者簡(jiǎn)介：滿(mǎn)威寧，博士，本科畢業(yè)于吉林大學(xué)少年班，博士畢業(yè)于普林斯頓大學(xué)物理系，在普林斯頓大學(xué)和紐約大學(xué)從事博士后工作。現(xiàn)任加州州立大學(xué)舊金山分校物理與天文系正教授，她帶領(lǐng)的科研團(tuán)隊(duì)從事軟凝聚態(tài)物理、無(wú)序材料、準(zhǔn)晶、光子能隙及非線(xiàn)性光學(xué)的研究。歡迎關(guān)注她的個(gè)人微信公眾號(hào)mv0。