日食奇观背后，还有哪些科学奥秘

发布时间：2023-04-26 09:24:55 所属栏目：外闻来源：

导读：今年首次日食于4月20日在南半球上演，激起了全球天文爱好者的狂欢，原因在于这是一次极其罕见的混合日食——日全环食，这种奇观本世纪仅有7次。

中国科技馆工程师、北京天文学会会员赵然子表示，虽然受

今年首次日食于4月20日在南半球上演，激起了全球天文爱好者的狂欢，原因在于这是一次极其罕见的混合日食——日全环食，这种奇观本世纪仅有7次。

中国科技馆工程师、北京天文学会会员赵然子表示，虽然受限于地理位置，我国仅有东南部地区可见食分极小的日全食，但我们可以先深入地了解日食的科技观测价值及一些观测方面的知识，为下一次2035年光临北京的日全食做好准备。

（1）为何日时终于农历初一

说到天文奇观，如果没有亲历一次日全食，真可谓“不说红楼梦,读尽诗书也枉然”。人类的寿命之于宇宙如白驹过隙，著名的哈雷彗星每75年至76年回归一次，便几乎穷尽了人的一生，更别提那些动辄数千年一个轮回的周期彗星。像百年一遇的金星凌日，如果错过了2012年，那么下一次就要等到2117年了。因此相比而言，日全食出现的频率算高的，一年2-5次。自哥白尼时代起，人们认识到地球是围绕太阳旋转的一颗行星，地球还有一个围绕自己旋转的伙伴“月球”。而这次日食的第一次出现，就发生在黄色的地球、白色的月球和金色的太阳排成一条直线擦肩而过时。

4月20日发生的日食恰逢中国农历三月初一。熟悉农历的人都知道，日食有个规律，必然发生在农历初一，原因是每到农历初一月球便会运行到地球和太阳之间，人们看不到月亮，这就是月相变化的“朔”。当地、月、日呈一条直线相交排列发生时，只要月球恰好挡住了太阳，就会不可避免地形成大规模的日食。

日食出现在农历初一，但并非每个农历初一都有日食。因为月球环绕地球的轨道与地球环绕太阳的轨道并不在同一个平面之上。地球围绕太阳公转的轨道“黄道”与月球围绕地球公转的轨道“白道”存在一个5度左右的夹角。这意味着，在农历初一，月球可能运行在黄道的上方或下方，只有在特定的时间和空间范围内，地球、月球和太阳才能恰好或几乎连成一条直线，形成日食。

（2）混合日食与月影有关

太阳和月亮是宇宙留给人类最宝贵的奇迹。太阳的直径比月球大约400倍，而它们与地球的距离之差也恰巧大约400倍，这才使得我们在地球上看到的太阳和月亮几乎是一样大的，日食这个天象也因此变得丰富多彩。

天文学一般把日食分为3种情况：日偏食、日全食和日环食。其实，日食之所以分为这么多类型，主要是由于地球处于月球阴影的位置不同而产生的差异。月影有本影、伪本影和半影之分。不透明体遮住光源时，如果光源是比较大的发光体，所产生的影子就有两部分，完全暗的部分叫本影，半明半暗的部分叫半影，而本影就是光线相交后形成的影，只发生在障碍物比较小，光线从它的边缘过去在排遣面相交的情形下，屏在相交点的后面时形成像。月球的本影或伪本影在地面扫过的区域称为日食带。在月亮本影扫过的地区，太阳光全部被遮住，人们所看到的是日全食；在半影扫过的地区，月球仅遮住日面的一部分，人们看到的是日偏食；当人们位于“月球伪本影区”时，看到的就是日环食。

（3）观测日全食有门道

对于公众而言，日全食应该算是与太阳最直接的一次亲密接触，无论是不是天文爱好者，遇此盛事，想必都是不愿意错过的。但观测日全食，就像看一场球赛，其实有很多门道与注意事项。

我们可以将日全食发生的过程分为5个阶段：初亏、食既、食甚、生光和复原。“初亏”指月球的边缘与太阳的边缘相切之时，是日食的开始阶段；“食既”指太阳刚刚被月球完全挡住的时候，也就是日全食的开始阶段；“食甚”指两个星球中心重合或最为接近的时刻；“生光”指日全食阶段的结束，太阳从完全被遮挡的状态开始恢复；“复原”是月球的边缘与太阳边缘分离之时相切的瞬间，整个日全食结束。至于日环食，由于月亮无法完全遮蔽太阳，因此也就没有“食既”和“生光”的过程，取而代之的是“环食始”和“环食终”。日偏食只有初亏、食甚和复原3个阶段，其中食甚的时刻，是月球遮挡太阳最大的时刻。

但特别需要提醒的是，观测日全食，除了全食阶段以外，无论是用肉眼、佩戴日常墨镜，还是用相机、双筒或单筒望远镜，都不可以直接观看，否则太阳强光会给眼睛带来不可逆的伤害。为了保护眼睛，古人曾通过水盆观看倒影的方式避免直接接触太阳光，后人又改用油，进一步减少日光的刺激。到了元代，天文学家郭守敬发明了天文观测仪器“仰仪”，能更加安全且精确地观测太阳。而现代人可以使用专业的太阳观测眼镜来保护眼睛，在使用相机记录或使用望远镜观测时，则需要给相机和望远镜加上巴德膜等滤光装置，或使用其他专门的太阳观测设备。

观测日全食是一种极为难得的体验，虽然以全球作为统计，每年发生的次数并不少，但每次能够满足观测条件的地点屈指可数，但是如果能亲眼看到亲临现场的人更是少之又少。不过，好在现代科技手段能帮助我们通过电视或网络直播来欣赏和了解观测知识，为2035年9月2日发生在北京的日全食提前做好准备。

（4）日食对人类科研的价值

我国其实是世界上最早对日食进行记录的国家，最早的文字记载出自夏仲康五年秋九月庚戌朔（约公元前二十世纪）《竹书纪年》：“日有食之”，以及《文献通考》中所记：“日有食之，书胤征乃季秋月朔，辰弗集于房，瞽奏鼓，啬夫驰，庶人走，羲和尸厥官罔闻知。”这次日食记录被称为“仲康日食”。

通过对历史记录的分析，我国古代的天文官总结出日食现象出现的周期。由于日食、月食的发生，都与地球、月球和太阳三者的位置相关，因此古人将日月食统称为“交食”。中国古代最早对交食周期的记载是西汉的《太初历》，周期为135个朔望月，宋代的《统天历》计算的交食周期增至223个朔望月，相当于古巴比伦人的沙罗周期，而唐代的《五纪历》所计算的交食周期为358个朔望月。当美国天文学家纽康通过天体力学推算出的“纽康周期”同样为358个朔望月时，已经是19世纪了。

日全食最初是帮助人们了解太阳的重要工具。在日全食发生的时候，太阳的本体被月球遮挡，天文学家才可以轻松地对色球层、日冕层和日珥进行观测，这在现代观测设备出现之前是难以想象的。1868年8月18日，法国天文学家皮埃尔·让森在印度追寻日全食，在太阳完全被遮住后，他通过光谱仪对色球层进行观察，发现了一条明亮的黄线，从而检测到一种全新的化学元素“氦”。

到了现代社会，日全食可以帮助人们研究大气电离层的一些特性。电离层是受太阳辐射和宇宙射线的激励而处于电离状态的地球大气高层，作为一种传播介质能够使电波受折射、反射、散射并被吸收而损失部分能量于传播介质中，科学家利用这些特性帮助人们进行无线电通信。电离层的厚度与太阳辐射量直接相关，而日全食相当于直接遮挡住了绝大部分太阳辐射，因此可以在日食期间研究太阳辐射对大气电离层带来的一系列影响。

随着现代科技的日益发展，科学观测手段的极大丰富，日全食已经不再是人们了解和认识宇宙的主要工具，但作为天文学中最引人注目的天象之一，它可以吸引大多数人的关注，从而更好地推广天文学的知识和理念，提高大众尤其是青少年的科学素养和科学文化水平。

（编辑：汽车网）

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