[科普中国]-日全食

现象描述

日全食是日食的一种，发生在新月在黄道和白道的交点附近18°左右的范围内。日全食发生时随着月球遮挡住太阳辐射，大气层高处的电离层也会发生一些相应变化。这暂时会对信号需经过电离层反射的无线电中波、短波通信造成一定干扰，使用超短波的调频广播、手机、无线上网等则不受影响。不过，对整个地球磁场而言，这种影响还是微小的。另外，日食造成的降温不会很大。

上一次发生在中国的日全食发生于2009年7月22日，而下一次将在2034年3月20日发生在西藏北部的山区，但基本是无人区。另外2035年9月2日，还有一次日全食在我国北方发生，时长1分29秒。

一次日全食的过程可以分为以下五个时期：初亏、食既、食甚、生光、复圆。

初亏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。当月亮的东边缘刚接触到太阳圆面的瞬间（即月面的东边缘与日面的西边缘相外切的时刻），称为初亏。初亏也就是日食过程开始的时刻。

食既从初亏开始，英国天文学家倍利最早描述了这种现象，因此又称为倍利珠。这是由于月球表面有许多崎岖不平的山峰，当阳光照射到月球边缘时，就形成了贝利珠现象。

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。

生光月亮继续往东移动，当月面的西边缘和日面的西边缘相内切的瞬间，称为生光，它是日全食结束的时刻。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。

现象原理发生日全食是因为太阳靠近月球轨道与地球轨道的一个交点，而同时月球在距此点的最远的点上。即为光的直线传播。

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。1

现象观测历史上重要的日全食

公元前1948年，有人观测到了日食。传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。甲骨文中共有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。

公元前776年9月6日，《诗经·小雅》记载：“十月之交，朔日辛卯，日有食之。”

公元前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。

1868年8月18日，东非、阿拉伯半岛、印度半岛、中南半岛、马来群岛部分地区出现日全食，法国天文学家皮埃尔·让森在英属印度的贡土尔观测日全食时，发现了日珥光谱中的新谱线，进而发现新元素氦。

1919年5月29日，秘鲁、智利、玻利维亚、巴西、利比里亚、法属西非、英属黄金海岸、葡属圣多美普林西比、西属几内亚、法属赤道非洲、比属刚果、北罗德西亚、尼亚萨兰、德属东非、葡属东非部分地区出现日全食，几乎整个南美洲、非洲和周边一些地区出现日偏食。两支观测队分别在巴西索布拉尔及葡属圣多美普林西比普林西比岛观测，证实了广义相对论的重力透镜效应。2

1973年6月30日，巴西、圭亚那、荷属圭亚那、葡属佛得角、毛里塔尼亚、马里、阿尔及利亚、尼日尔、乍得、中非、苏丹（全食带在该国覆盖的区域大部分属于今南苏丹）、乌干达、肯尼亚、索马里和英属塞舌尔部分地区出现日全食，大西洋两岸至印度洋之间的广大区域出现日偏食。美国、英国、法国等国科学家借助协和式飞机在毛里塔尼亚、马里、尼日尔、乍得上空观测，将全食时间延长至地面的10倍以上，达到74分钟，是人类历史上单次日全食观测时间最长的记录。3

1997年3月9日，哈萨克斯坦、中国、蒙古和俄罗斯部分地区出现日全食，亚洲东部和北美洲西北部地区出现日偏食。1995年发现的海尔-波普彗星在日全食期间出现在天空，此前日全食与亮彗星同时出现的记录仅有3次。4中国科学家在漠河观测时发现除亏、复圆时重力加速度出现异常降低的“重力双谷”，尚未得到合理解释。5

2016年3月9日印度尼西亚将出现一次日全食。印尼很多地区都可以看到持续2到3分钟的日全食，包括苏门答腊岛、加里曼丹岛、苏拉威西岛、马鲁古岛。印尼这次以后要再看到日全食必须等到350年后。6

2019年7月2日下午4时40分（北京时间2019年7月3日4时40分），智利中北部的科金博大区和阿塔卡马大区部分地点前后迎来了一次日全食。7

21世纪中国境内的日全食

2008年8月1日（也称“奥运日食”），中国的新疆维吾尔自治区、甘肃省、内蒙古自治区、宁夏回族自治区、陕西省、山西省、河南省部分地区可见全食。除台湾和南海南部外其余地区都可见日偏食。隶属哈密地区伊吾县的苇子峡乡建造了世界上第一个日全食观测广场。8

2009年7月22日，西藏东南、云南西北、四川中偏南、重庆大部、湖北中南、湖南北端、河南东南角、安徽南半部、江西最北端、江苏南部、浙江北部、上海绝大部（除崇明岛西北端）可见全食，其余地区均可见日偏食。北硫磺岛东南的太平洋上，全食持续时间达到最长的6分39.5秒，是21世纪最长的一次，直到2132年6月13日才会打破。陆地上的最长持续时间在北硫磺岛，达6分35秒。但实际上该岛不易到达，多数人看到的持续时间均比该时间短。21世纪多数人能方便观测到持续时间最长的日全食将会是2027年8月2日在埃及。

另据预测，2034年3月20日、2035年9月2日、2060年4月30日、2063年8月24日、2070年4月11日、2088年4月21日、2089年10月4日我国境内将会发生日全食。

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。

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。

2．提前进行实际演练。

3．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，更好的安排自己的观测。

4．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，可利用绘图法记录下来。

5．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。

6．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。

另外，在面对最壮观的日全食时，食甚时要摘掉滤光片。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。

现象影响发生日全食时，光线穿过树叶的缝隙投影出新月的影子。发生日全食时，动物常常准备睡觉，或行为异常。发生日全食时，当地的温度通常会下降至少20度。当99 %的太阳表面被覆盖时，能看到的晨昏蒙影现象。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。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。

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）但却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拐没拐弯、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。

日全食的计算涉及到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。