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晴朗的 白天，耀眼的 太陽突然被一個黑影遮住了一部分，黑影逐漸擴大，甚至把整個日輪都遮住，白天忽然變?yōu)楹谝?，太陽周圍?星 星 出來了，氣溫明顯下降，短短的 幾分鐘后，太陽又恢復了光芒，這就是“日食”現(xiàn)象。觀測日食是研究太陽外層大氣色球和日冕極好的 機會。

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原樣，這就是月食。

日食和月食都是由于太陽、月球、地球三個星 球運行到幾乎排成一條直線時所發(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 相對位置不一樣。日食是月球運行到太陽和地球連線之間，月食則是月球運行到太陽和地球連線之外側(cè)。

1. 日（月）食原理

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

月球和地球本身都是不發(fā)光的 天體，它們在太陽光的 照射下，都會拖出一條長長的 影子。當月球運行到太陽和地球之間，太陽、月球、地球又恰好幾乎在同一直線上時，太陽照射在地球上的 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。但是并非每個朔日都會發(fā)生日食，這是因為黃道面和白道面之間有一個5°09′的 夾角，朔的 時候，月球雖然位于太陽和地球之間，但日、月、地三者卻不一定正好處于一條直線上。只有當發(fā)生朔的 是否，月球又恰好運行到黃道和白道的 交點附近，才會發(fā)生日食。

月食的 原理與此相同，當月球運轉(zhuǎn)的 太陽和地球連線的 外側(cè)時，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，月球在背向太陽的 一面形成一個錐形的 影子區(qū)域，我們把它稱為影錐，其尖頂稱為焦點，影錐焦點前面的 區(qū)域稱為本影，焦點延伸部分稱為偽本影，影錐外部的 區(qū)域則稱為半影。由于地球繞太陽運轉(zhuǎn)和月球繞地球運轉(zhuǎn)的 軌道都不是正圓，日、月、地相互之間的 距離隨時不同，因而當月球投下影子時，地球在不同時候就會進入不同的 影子區(qū)域，從而產(chǎn)生不同的 日食現(xiàn)象。

日全食  當?shù)厍螂x月球較近時，地球上有部分帶狀區(qū)域?qū)⒙淙朐虑虮居暗?區(qū)域，這個區(qū)域內(nèi)的 觀測者將看到整個太陽園面都將被擋住，這就是壯觀的 日全食。日全食開始時，太陽先是缺掉一角，然后缺掉的 部分越來越大，直到整個太陽園面都被黑影所遮掩，此事整個天空會一下子暗下來，好像突然進入了黑夜，許多星 星 突現(xiàn)在天空中。太陽的 中心一片漆黑，周圍可見一圈玫瑰色的 大氣層，就是平時難得一見的 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。就在太陽整個園面被月影遮蔽的 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，遮擋太陽時不均勻所造成的 景觀。

日環(huán)食  當?shù)厍蚓嚯x太陽較遠時，地球?qū)⒙淙朐虑騻伪居暗?區(qū)域，此時月球的 影子比太陽的 視園面小，不足以將整個太陽園面遮擋住，因而這個區(qū)域內(nèi)的 觀測者將看到太陽被遮擋的 園面外圍露出一圈迷人的 圈環(huán)，離焦點越遠，這個環(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)，觀測者都只能看到太陽的 一部分被遮擋，他們所見就是日偏食。每當發(fā)生日食時，地球上只有一個很窄的 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

由于月球相對于恒星 背景是自西向東運動，因此日食總是從太陽的 右側(cè)開始，日食發(fā)生時，根據(jù)月球視圓面同太陽視圓面的 位置關系 ，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視圓面的 西邊緣相接觸的 時刻叫做初虧。初虧是第一次外切，是日食的 開始。由于太陽每日沿黃道東移大約1⁰，而月球每日沿白道東移大約13 ⁰，因此月球比太陽運行得快，日食時是月球從西向東追上太陽，所以日食是從太陽的 西邊緣開始的 。

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

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

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

（5）復圓  生光后大約一個小時，月球的 西邊緣和太陽視圓面的 東邊緣相接觸的 時刻叫做復圓，復圓是第二次外切，從這時候起，月球與太陽視圓面完全脫離接觸時刻。整個日食過程結束。

4. 日食觀測方法

日食的 觀測方法有多種，但是前往不能用肉眼直接觀測是很危險的 。在太陽視園面尚未被完全遮蔽的 階段，陽光始終是很強烈的 ，直視太陽會燒傷視網(wǎng)膜，損傷視力，嚴重者可導致失明。只有進入全食階段時，才可以用肉眼直接欣賞太陽漂亮的 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，就可以舒適地觀測日食發(fā)生的 全過程。（圖：透過濾光片觀測太陽）

2、使用望遠鏡觀測。比較妥當?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 太陽像。發(fā)生日食時就可以在投影板上觀測日食的 全過程。若條件許可，觀測者應快速描圖，繪出日食時太陽上發(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，一定要加上專用的 太陽濾光片。

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

5. 日（月）食的 規(guī)律與周期

由于地球繞太陽和月球繞地球的 公轉(zhuǎn)運動和黃白交點的 移動都是有規(guī)律的 ，所以日食和月食都是可以準確進行預報的 。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），所以對某一個地區(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 機會。

2009年7月22日，長江中下游區(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 觀測區(qū)域。

6. 觀測日食的 科學價值

日食是一種罕見的 天象，特別是日全食，對科學研究有很大的 價值。在日冕儀未發(fā)明之前，日食是科學家研究太陽大氣唯一可以利用的 機會，也是天文學家利用日全食時月影遮住太陽光球，短暫的 黑夜降臨的 特殊天象，觀測色球和日冕，并拍攝色球、日冕的 照片和閃光光譜照片，從而研究有關太陽物理狀態(tài)和化學組成。例如在1868年8月18日的 日全食觀測中，法國天文學家讓桑拍攝了日珥光譜，發(fā)現(xiàn)了一種新的 元素“氦”，這個元素一直在過了二十多年之后，才由英國化學家雷姆素在地球上找到。日食為科學家提供了研究電離層、日地空間環(huán)境、地球物理效應和大氣溫度效應的 機會。1919年，天文學家利用日全食驗證了愛因斯坦在相對論中關于光線在引力場中偏轉(zhuǎn)的 效應預言，直到現(xiàn)代仍然有許多科學家利用日全食的 機會進行各種特別的 觀測，對一些平時難以驗證的 物理規(guī)律進行研究。日全食時拍攝的 太陽光譜資料，也仍然是建立太陽色球，光球和日冕大氣模型的 重要觀測資料。（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)觀測到太陽被遮蔽最厲害時進入日面的 月影直徑與太陽視直徑之比，對日全食而言是指月影直徑與太陽視直徑之比，該比值可能大于1。）