日食面面观
2009-07-20 10:23:42 来源：《气象知识》杂志
2008年新疆伊吾贝利珠（资料图片）
据中科院国家天文台发布的消息，7月22日，我国长江流域将发生21世纪可看到的月亮遮挡太阳最长的一次日全食。此次日全食将从22日上午8时4分左右开始，自西向东经过西藏、云南、四川、重庆、湖北、湖南、安徽、江西、江苏、浙江、上海11个省区市。那么到底什么是日食？它的成因又是什么？日全食何以罕见？我们应该用什么方法观测它呢？
日食的成因
日食是一种天文现象，分为日偏食、日全食、日环食、全环食。在谈到这几种日食的成因前，我们先看看月球的影子，以及它和地球、太阳之间的关系。
月球的影子分为本影、半影和伪本影，本影和伪本影都是呈锥状和较暗黑的。
地球和月球的运行轨道是橢圆形的，因此，太阳、地球和月球三個天体的相互距离随时都在变化着，而月球的本影长度也跟月球和太阳间距离远近而改变。离太阳越远，本影锥就越长，相反离太阳越近，本影锥就越短。同样地，太阳的视角径也可从离地球最远时的31\'28\'\'，变到离地球最近时的32\'32\'\'，而月球的视角径亦可由29\'22\'\'增大至33\'26\'\'。换句话说，当月球离地球较近时，看起來便会比太阳大一些，这就是为什么月球可以完全遮盖太阳的道理。 明白了这个相互关系后，我们再来看看这几种日食的成因。
日偏食
当月球的半影扫过地球表面，而被它所扫过的地方，人们看到太阳的一部份被遮盖了，另一部份仍发出光芒，这就是日偏食。偏食的程度要视乎太阳被遮部份的大小，被遮部份愈大，偏食的程度也愈大。
日全食
当月球本影锥的长度超过月地距离时，本影锥便扫到地面，被本影锥扫过的地带，叫全食带，在食带內人们可看到整個太阳被遮盖了，这便是日全食。
日环食
当月球本影锥的长度比月地距离小時，本影扫不到地面，而是它延长出的伪本影锥扫到地面，被伪本影扫过的地带叫环食带。在食带內，人们可以看到太阳中央部份被遮盖了，只留下一圈狭窄的光环，这就是日环食。
全环食
全环食只发生在地球表面与月球本影尖端很接近的情況下，或者月球与地球表面的距离和月本影的长度很接近的情形下。这时当月球伪本影扫到地面某一地区，在这里产生了日环食，而随着月影的移动，过一些时间，月球本影达到地球表面另一地区，这里就发生了日全食，而后月球本影离开地面，又是月球伪本影扫过地球表面另一地区，这里又发生日环食。它的顺序是环食──全食──环食，即为全环食。
罕见的日全食
日全食是日、月、地三体位置处于特殊相位时的天象。当地球、太阳、月球三者在同一直线上，并且月球在太阳和地球之间，同时月球距离地球较近时，处于月球本影地区的人们可以看到太阳被月亮完全挡住，称日全食。由于月亮的影锥又细又长，所以当它落到地球表面时，所占的面积很小，至多不会超过地球总面积的万分之一，它的直径最大也只有二百六十多千米，由于全食带是一条狭窄的影带，据估计，平均每200～300年，某一地区或城市才有机会被全食带扫过，所以，对住在一个城市的人来说，一生可能未看到过一次日全食。
一次日全食的全过程主要包括初亏、食既、食甚、生光、复圆5个时期。
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（即月面的东边缘与月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，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。
食甚
食既以后，月轮继续东移，当月轮中心和日面中心相距最近时，就达到食甚。
生光
对日偏食来说，食甚是太阳被月亮遮去最多的时刻。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、倍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。
另外在日食发生的短短几分钟里，还有三个非常美丽的景象是不容错过的，那就是日冕、钻石环和贝利珠。
日冕
如果我们离太阳近一些，会发现太阳实际上就是一个火球。日冕是太阳最外围大气，平日里由于日冕的光芒相比较太阳而言要弱的多，我们是看不到的。日全食时，月亮遮住了太阳，黑暗的太阳外围是银白色的光芒，像帽子似地扣在太阳上，我们就叫它称为日冕。
钻石环/ 贝利珠
在太阳将要被月亮完全挡住时，在日面的东边缘会突然出现一弧像钻石似的光芒，好像钻石戒指上引人注目的闪耀光芒，这就是钻石环（Diamond Ring），同时在瞬间形成为一串发光的亮点，像一串光辉夺目的珍珠高高地悬挂在漆黑的天空中，这种现象叫做珍珠食，英国天文学家贝利最早描述了这种现象，因此又称为贝利珠（Baily Beads）。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。贝利珠出现的时间很短，通常只有一二秒钟，紧接着太阳光就全部被遮盖住而发生日全食了。
正确观测日全食
使用安全的观测设备，掌握正确的观测技巧对于每一个日全食观测者是十分重要的。在食既之前，太阳依然很明亮，错误使用观测眼镜或直接目视太阳都会造成失明等视觉损伤。
而在食甚结束后生光的瞬间，太阳突然增亮，观测者可能还沉浸在肉眼能看到的兴奋之中，不小心就会被强烈的阳光灼伤眼睛，甚至失明。所以如果没有提前做好相应准备，天文奇观极有可能变成一柄伤人的“双刃剑”。 以下是几点观看时须注意的小知识供大家参考：
1.要使用专业的日食观测眼镜。每观测3分钟，要让眼睛休息30秒以上。
2.要使用小孔成像观测。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。或者取一张纸扎几个小洞，投射到地面或者墙上有同样的效果。
3.要使用望远镜投影观测。手不要乱晃，否则太阳的影子会来回跑。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。
4.全食阶段当太阳完全遮蔽是才可以用肉眼观测太阳。
（作者：贺楠）
编辑：tolunay
