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晴朗的 白天，耀眼的 太陽(yáng)突然被一個(gè)黑影遮住了一部分，黑影逐漸擴(kuò)大，甚至把整個(gè)日輪都遮住，白天忽然變?yōu)楹谝?，太?yáng)周圍的 星 星 出來了，氣溫明顯下降，短短的 幾分鐘后，太陽(yáng)又恢復(fù)了光芒，這就是“日食”現(xiàn)象。觀測(cè)日食是研究太陽(yáng)外層大氣色球和日冕極好的 機(jī)會(huì)。

月食則是與此類似的 一種天象，在滿月的 夜晚，明月高懸天空，一個(gè)黑影慢慢地把明月吞食，使圓圓的 月球失去光輝，然后月輪又逐漸恢復(fù)原樣，這就是月食。

日食和月食都是由于太陽(yáng)、月球、地球三個(gè)星 球運(yùn)行到幾乎排成一條直線時(shí)所發(fā)產(chǎn)生的 一種自然現(xiàn)象，它們的 區(qū)別在于三者之間的 相對(duì)位置不一樣。日食是月球運(yùn)行到太陽(yáng)和地球連線之間，月食則是月球運(yùn)行到太陽(yáng)和地球連線之外側(cè)。

1. 日（月）食原理

月球環(huán)繞地球運(yùn)行，它的 軌道平面稱為白道面，月球同時(shí)又隨著地球一起繞太陽(yáng)運(yùn)行，這個(gè)軌道面被稱為黃道面。這兩個(gè)平面并不一致，而是形成了一個(gè)傾斜的 交角。

月球和地球本身都是不發(fā)光的 天體，它們?cè)谔?yáng)光的 照射下，都會(huì)拖出一條長(zhǎng)長(zhǎng)的 影子。當(dāng)月球運(yùn)行到太陽(yáng)和地球之間，太陽(yáng)、月球、地球又恰好幾乎在同一直線上時(shí)，太陽(yáng)照射在地球上的 光線被月球遮住了一部分或全部遮住，人們就看到了日食。

從這個(gè)原理可以知道，日食必定發(fā)生在朔日，即農(nóng)歷初一。但是并非每個(gè)朔日都會(huì)發(fā)生日食，這是因?yàn)辄S道面和白道面之間有一個(gè)5°09′的 夾角，朔的 時(shí)候，月球雖然位于太陽(yáng)和地球之間，但日、月、地三者卻不一定正好處于一條直線上。只有當(dāng)發(fā)生朔的 是否，月球又恰好運(yùn)行到黃道和白道的 交點(diǎn)附近，才會(huì)發(fā)生日食。

月食的 原理與此相同，當(dāng)月球運(yùn)轉(zhuǎn)的 太陽(yáng)和地球連線的 外側(cè)時(shí)，地影投射在月球之上，使得月球頓失皎潔，即為月食。所以月食一定出現(xiàn)在望日，即農(nóng)歷十五前后。

2. 日食的 分類

日食一般分為三種類型：日全食、日偏食、日環(huán)食。

如圖所示，月球在背向太陽(yáng)的 一面形成一個(gè)錐形的 影子區(qū)域，我們把它稱為影錐，其尖頂稱為焦點(diǎn)，影錐焦點(diǎn)前面的 區(qū)域稱為本影，焦點(diǎn)延伸部分稱為偽本影，影錐外部的 區(qū)域則稱為半影。由于地球繞太陽(yáng)運(yùn)轉(zhuǎn)和月球繞地球運(yùn)轉(zhuǎn)的 軌道都不是正圓，日、月、地相互之間的 距離隨時(shí)不同，因而當(dāng)月球投下影子時(shí)，地球在不同時(shí)候就會(huì)進(jìn)入不同的 影子區(qū)域，從而產(chǎn)生不同的 日食現(xiàn)象。

日全食  當(dāng)?shù)厍螂x月球較近時(shí)，地球上有部分帶狀區(qū)域?qū)⒙淙朐虑虮居暗?區(qū)域，這個(gè)區(qū)域內(nèi)的 觀測(cè)者將看到整個(gè)太陽(yáng)園面都將被擋住，這就是壯觀的 日全食。日全食開始時(shí)，太陽(yáng)先是缺掉一角，然后缺掉的 部分越來越大，直到整個(gè)太陽(yáng)園面都被黑影所遮掩，此事整個(gè)天空會(huì)一下子暗下來，好像突然進(jìn)入了黑夜，許多星 星 突現(xiàn)在天空中。太陽(yáng)的 中心一片漆黑，周圍可見一圈玫瑰色的 大氣層，就是平時(shí)難得一見的 色球?qū)?，有幸?話還可以看到紅色的 日珥。色球?qū)拥?外面則是變化多端的 日冕。就在太陽(yáng)整個(gè)園面被月影遮蔽的 一瞬間，還可以看見美麗的 貝利珠現(xiàn)象，這是由于月球邊緣有很多山脈，遮擋太陽(yáng)時(shí)不均勻所造成的 景觀。

日環(huán)食  當(dāng)?shù)厍蚓嚯x太陽(yáng)較遠(yuǎn)時(shí)，地球?qū)⒙淙朐虑騻伪居暗?區(qū)域，此時(shí)月球的 影子比太陽(yáng)的 視園面小，不足以將整個(gè)太陽(yáng)園面遮擋住，因而這個(gè)區(qū)域內(nèi)的 觀測(cè)者將看到太陽(yáng)被遮擋的 園面外圍露出一圈迷人的 圈環(huán)，離焦點(diǎn)越遠(yuǎn)，這個(gè)環(huán)就越大。

日偏食  在月球影錐的 外圍區(qū)域，也就是半影在地球上掃過的 區(qū)域內(nèi)，觀測(cè)者都只能看到太陽(yáng)的 一部分被遮擋，他們所見就是日偏食。每當(dāng)發(fā)生日食時(shí)，地球上只有一個(gè)很窄的 帶狀區(qū)域（即本影或偽本影在地球表面掃過的 區(qū)域，稱為全食帶或環(huán)食帶，寬度通常只有幾十千米到二、三百千米）內(nèi)的 人能夠看到日全食和日環(huán)食，而在此帶狀區(qū)域外圍的 人就只能看到太陽(yáng)的 一部分被遮掩，即為日偏食。

3. 日全食的 全過程

由于月球相對(duì)于恒星 背景是自西向東運(yùn)動(dòng)，因此日食總是從太陽(yáng)的 右側(cè)開始，日食發(fā)生時(shí)，根據(jù)月球視圓面同太陽(yáng)視圓面的 位置關(guān)系 ，可把日食過程分為以下五種現(xiàn)象：

（1）初虧  月球東邊緣剛剛同太陽(yáng)視圓面的 西邊緣相接觸的 時(shí)刻叫做初虧。初虧是第一次外切，是日食的 開始。由于太陽(yáng)每日沿黃道東移大約1⁰，而月球每日沿白道東移大約13 ⁰，因此月球比太陽(yáng)運(yùn)行得快，日食時(shí)是月球從西向東追上太陽(yáng)，所以日食是從太陽(yáng)的 西邊緣開始的 。

（2）食既  初虧后大約一小時(shí)，月球的 東邊緣和太陽(yáng)的 東邊緣相內(nèi)切的 時(shí)刻叫做食既。食既是第一次內(nèi)切，是日全食的 開始，從這個(gè)時(shí)候起，月球視圓面就把整個(gè)太陽(yáng)日面遮住了，日全食從此真正開始。日偏食和日環(huán)食無(wú)此過程。

（3）食甚  月球影子中心移到同太陽(yáng)中心最近的 時(shí)刻（既兩交食天體的 視面中心距離）叫做食甚。食甚是太陽(yáng)被食最深的 時(shí)刻，也就是日全食或日環(huán)食的 中心時(shí)刻。發(fā)生日偏食時(shí)，食甚是指被食程度達(dá)到最大的 時(shí)刻。

（4）生光  月球的 西邊緣和太陽(yáng)的 西邊緣相內(nèi)切的 時(shí)刻叫做生光。生光是第二次內(nèi)切，是日全食的 結(jié)束。從食既到生光一般只有2—3分鐘，最長(zhǎng)不超過7分半鐘。日偏食和日環(huán)食無(wú)此階段。

（5）復(fù)圓  生光后大約一個(gè)小時(shí)，月球的 西邊緣和太陽(yáng)視圓面的 東邊緣相接觸的 時(shí)刻叫做復(fù)圓，復(fù)圓是第二次外切，從這時(shí)候起，月球與太陽(yáng)視圓面完全脫離接觸時(shí)刻。整個(gè)日食過程結(jié)束。

4. 日食觀測(cè)方法

日食的 觀測(cè)方法有多種，但是前往不能用肉眼直接觀測(cè)是很危險(xiǎn)的 。在太陽(yáng)視園面尚未被完全遮蔽的 階段，陽(yáng)光始終是很強(qiáng)烈的 ，直視太陽(yáng)會(huì)燒傷視網(wǎng)膜，損傷視力，嚴(yán)重者可導(dǎo)致失明。只有進(jìn)入全食階段時(shí)，才可以用肉眼直接欣賞太陽(yáng)漂亮的 外層大氣。而在偏食階段，可以用下列方法觀看。

1、使用太陽(yáng)眼鏡或?qū)ｉT的 濾光片擋在眼睛前面觀看，就可以舒適地觀測(cè)日食發(fā)生的 全過程。（圖：透過濾光片觀測(cè)太陽(yáng)）

2、使用望遠(yuǎn)鏡觀測(cè)。比較妥當(dāng)?shù)?方法是使用投影板，投影板安裝在目鏡的 一端，調(diào)整目鏡焦距，使在投影板上出現(xiàn)清晰的 太陽(yáng)像。發(fā)生日食時(shí)就可以在投影板上觀測(cè)日食的 全過程。若條件許可，觀測(cè)者應(yīng)快速描圖，繪出日食時(shí)太陽(yáng)上發(fā)生的 顯著現(xiàn)象。如倍利珠，日冕形狀，日珥等等。若用目鏡直接觀測(cè)，一定要加上專用的 太陽(yáng)濾光片。

3、拍攝日食照片。望遠(yuǎn)鏡前端一定要加上專用的 太陽(yáng)濾光片，拍照時(shí)間要根據(jù)太陽(yáng)被遮掩的 程度做調(diào)整，合適的 曝光時(shí)間需在日食發(fā)生之前就做好各種試驗(yàn)，日食發(fā)生時(shí)要圍繞估計(jì)的 最佳曝光時(shí)間進(jìn)行不同長(zhǎng)度的 露光，以選取理想的 拍攝結(jié)果。

5. 日（月）食的 規(guī)律與周期

由于地球繞太陽(yáng)和月球繞地球的 公轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和黃白交點(diǎn)的 移動(dòng)都是有規(guī)律的 ，所以日食和月食都是可以準(zhǔn)確進(jìn)行預(yù)報(bào)的 。就全球范圍而言，日食并不罕見，每年至少發(fā)生兩次，但是由于每次都只有少數(shù)一些地區(qū)能夠欣賞到日全食（或環(huán)食），所以對(duì)某一個(gè)地區(qū)而言，要看到一次日全食的 壯觀景象就很不容易了，平均要二三百年才有一次這樣的 機(jī)會(huì)。

2009年7月22日，長(zhǎng)江中下游區(qū)域?qū)⒊霈F(xiàn)一次壯觀的 日全食，上海和浙江部分區(qū)域都是十分理想的 觀測(cè)區(qū)域。

6. 觀測(cè)日食的 科學(xué)價(jià)值

日食是一種罕見的 天象，特別是日全食，對(duì)科學(xué)研究有很大的 價(jià)值。在日冕儀未發(fā)明之前，日食是科學(xué)家研究太陽(yáng)大氣唯一可以利用的 機(jī)會(huì)，也是天文學(xué)家利用日全食時(shí)月影遮住太陽(yáng)光球，短暫的 黑夜降臨的 特殊天象，觀測(cè)色球和日冕，并拍攝色球、日冕的 照片和閃光光譜照片，從而研究有關(guān)太陽(yáng)物理狀態(tài)和化學(xué)組成。例如在1868年8月18日的 日全食觀測(cè)中，法國(guó)天文學(xué)家讓桑拍攝了日珥光譜，發(fā)現(xiàn)了一種新的 元素“氦”，這個(gè)元素一直在過了二十多年之后，才由英國(guó)化學(xué)家雷姆素在地球上找到。日食為科學(xué)家提供了研究電離層、日地空間環(huán)境、地球物理效應(yīng)和大氣溫度效應(yīng)的 機(jī)會(huì)。1919年，天文學(xué)家利用日全食驗(yàn)證了愛因斯坦在相對(duì)論中關(guān)于光線在引力場(chǎng)中偏轉(zhuǎn)的 效應(yīng)預(yù)言，直到現(xiàn)代仍然有許多科學(xué)家利用日全食的 機(jī)會(huì)進(jìn)行各種特別的 觀測(cè)，對(duì)一些平時(shí)難以驗(yàn)證的 物理規(guī)律進(jìn)行研究。日全食時(shí)拍攝的 太陽(yáng)光譜資料，也仍然是建立太陽(yáng)色球，光球和日冕大氣模型的 重要觀測(cè)資料。（圖：2006年3月29日日全食，挪威Odd-Hoydalsvik拍攝的 食甚前后系 列照片，可以看到精彩的 貝利珠現(xiàn)象） 

[思考與討論]

討論一下，還能有哪些觀測(cè)日食的 辦法？

為什么沒有月環(huán)食？

【附錄】 上海地區(qū)二十年可見日食情況表

（注：食分是指某地區(qū)觀測(cè)到太陽(yáng)被遮蔽最厲害時(shí)進(jìn)入日面的 月影直徑與太陽(yáng)視直徑之比，對(duì)日全食而言是指月影直徑與太陽(yáng)視直徑之比，該比值可能大于1。）