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日食是什么？

相信很多人對(duì)即將到來的日食興奮不已，從俄勒岡州波特蘭到南卡羅來納州查爾斯頓，這次日食將覆蓋美國(guó)全境。日食是什么？如何才能安全地觀賞日食？正確觀賞日食需要做些什么規(guī)劃呢？拿好你的日食眼鏡，一起來看看天文學(xué)家給出的答案。

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日（月）食就是朔望的一種形式。當(dāng)三個(gè)互有引力的天體處在一條直線上時(shí)，就會(huì)形成朔望。對(duì)于我們地球人來說，最常見的朔望現(xiàn)象由太陽、地球和月球這三個(gè)對(duì)我們生活影響最大的天體共同構(gòu)成。當(dāng)?shù)厍蛱幱谔柡驮虑蛑g時(shí)，地球自身阻擋了照向月球的太陽光，就形成了月食。而當(dāng)月球運(yùn)行至太陽和地球之間時(shí)，月球阻擋了照向地球的太陽光，從而形成日食。

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圖解：日食和月食形成原因

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為何不是每次新月時(shí)都會(huì)發(fā)生日食，而每次滿月時(shí)都會(huì)發(fā)生月食？

由于地球繞太陽運(yùn)轉(zhuǎn)軌道與月球繞地球運(yùn)轉(zhuǎn)軌道并不完全處于同一平面之上（不在一條直線上）。與地球公轉(zhuǎn)軌道相比，月球公轉(zhuǎn)軌道略微傾斜了幾度。因此，每個(gè)月中有半個(gè)月（也就是月球繞軌道運(yùn)行一周），月球處于地球公轉(zhuǎn)軌道平面之上；而另外半個(gè)月，月球處于地球公轉(zhuǎn)軌道平面之下。月球在經(jīng)過地球軌道時(shí)恰好為新月或滿月，只有滿足這個(gè)條件，才會(huì)發(fā)生日食。

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圖解：傾斜的月球運(yùn)行軌道

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月球?yàn)楹螞]有阻擋所有射向地球的太陽光？

地球的面積實(shí)際上非常大，而每次日食發(fā)生，僅有一小部分地區(qū)與月球恰好完全處于一條直線上。這意味著日食實(shí)際上有三種類型：日全食、日偏食以及日環(huán)食。要想弄明白這三者之間的區(qū)別，我們首先要搞清楚陰影如何產(chǎn)生。

本影與半影：

地球、太陽以及月球都是三維球體。因此，發(fā)光與成影都是三維立體的。在物理學(xué)中，陰影分為兩類：本影與半影。本影是指某個(gè)物體阻擋了來自某一特定發(fā)光源的所有光線所形成的陰影。而半影指的是，某個(gè)物體阻擋了來自某一特定發(fā)光源的部分光線所形成的陰影。下面的圖片展示了更多的細(xì)節(jié)。

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圖解：日食類型與陰影類別

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由于月球繞地球旋轉(zhuǎn)軌道是一個(gè)橢圓形，在其運(yùn)行過程中，月球有時(shí)離地球距離很近，地球部分表面處于月球本影之中。這些處于月球本影之中的地區(qū)就會(huì)經(jīng)歷日全食。而當(dāng)月球離地球較遠(yuǎn)，其本影無法到達(dá)地球表面。從月球本影后方直接經(jīng)過的地球表面地區(qū)會(huì)發(fā)生日環(huán)食，而從月球本影之外的半影經(jīng)過的地區(qū)會(huì)發(fā)生日偏食。

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圖解：本影與半影的區(qū)別

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無論你所處何地，我們將該地區(qū)第一次進(jìn)入月球半影的時(shí)間稱為“接觸1”，簡(jiǎn)稱C1，將首次進(jìn)入月球本影的時(shí)間稱為C2，將離開月球本影的時(shí)間稱為C3，而離開月球本影的時(shí)間稱為C4。這一命名方式受到諸多日食計(jì)時(shí)應(yīng)用和工具的廣泛使用。一旦你理解了這種命名方式，觀測(cè)日食會(huì)變得一目了然；反之，你會(huì)覺得日食過程十分復(fù)雜。

當(dāng)你所在地區(qū)在離開C3，進(jìn)入C2之前，此時(shí)僅有一小縷太陽光從月球四周照射出來，這回形成一些有趣的衍射效應(yīng)，所以注意觀察你周圍的環(huán)境，你會(huì)有意想不到的發(fā)現(xiàn)。在C2與C3之間的這段時(shí)間就是我們所說的“日全食”時(shí)間段，此時(shí)你可以觀賞到日冕，甚至看到部分星星。氣溫會(huì)下降幾度，感覺就像是夜幕降臨。這是整個(gè)日食過程中最為壯觀的景象，只有在俄勒岡州波特蘭到南卡羅來納州查爾斯頓這一段狹長(zhǎng)地帶才能觀賞到這一奇觀。

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圖解：日食的整個(gè)過程

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如何觀賞日食？

太陽十分明亮，并且發(fā)射出大量強(qiáng)光。這些光線中含有高能紫外光，可能會(huì)對(duì)人眼造成傷害。就算是戴上最高級(jí)的墨鏡，也無法完全阻隔紫外光，因而戴墨鏡直視太陽也是存在危險(xiǎn)的。要正確地觀賞日食，必須要戴上特制濾鏡。帶有#14（或更暗的）濾光片的電焊護(hù)目鏡即可，因?yàn)樘煳耐h(yuǎn)鏡用的也是這種濾光片。很多地區(qū)也會(huì)出售“日食眼鏡”，這種眼鏡大多由硬紙板加上太陽濾光片制成的鏡片組成。一定要做好眼部保護(hù)措施，戴上正確的眼鏡，再觀賞日食。

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圖解：日食眼鏡

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如果找不到合適的濾光片來直接觀賞日食，也可使用針孔相機(jī)間接進(jìn)行觀測(cè)。針孔相機(jī)制作十分簡(jiǎn)單：在一個(gè)紙盤或硬紙板上扎一個(gè)小孔，讓陽光從中穿過，在紙板后形成投影。不要直接用眼睛從紙板小孔中直視太陽。在紙板后放上一塊白色床單，一張紙或是地面，讓太陽投射到這些物體上觀看。想要制作更高級(jí)一點(diǎn)的小孔相機(jī)（也就是針孔投影儀），可以上網(wǎng)尋找更詳細(xì)的說明。

我還需要注意哪些事情？

如果你想找到觀賞日食的最佳地點(diǎn)，可以盡量選擇日食軌跡的中心地帶（即“日全食區(qū)”）。離日食軌跡中心越近，觀賞到的日食時(shí)間就越長(zhǎng)，你所處周圍環(huán)境也會(huì)越暗。

如果你恰好位于日全食區(qū)，那么很可能到處都是人，本地商業(yè)也可能會(huì)因?yàn)橛慰瓦^多而陷入癱瘓。而如果你恰好正在旅行，我們建議每個(gè)人自備食物飲料，或者多帶一些，分享給那些空手而來的旅客。

無論所在何地，一定要記得查看當(dāng)?shù)靥鞖忸A(yù)報(bào)，確保日食觀賞不會(huì)因云層而受到影響。如果你在遠(yuǎn)離城鎮(zhèn)的鄉(xiāng)村地區(qū)，記得一定要遠(yuǎn)離野生動(dòng)物。動(dòng)物往往不明白到底發(fā)生了什么，看到周圍一切變得黑暗，它們有時(shí)會(huì)受到驚嚇。所以要小心野生動(dòng)物，盡量待在安全的地方。

記住以上這些，盡情欣賞日食吧！

作者：Andrew SD Foster

FY：林陌祺

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