各位看官，咱話不多說，首先為您呈上本次日環食的詳細時間預報。（全文3621字，閱讀時間大約11分鐘）
北京時間2020年6月21日 下午2點41分43.5秒~42分21.5秒（持續時間38秒）將首先在我國阿里地區上演第137號日食，遮擋0.997個日面，十分接近日全食。
隨後依次上演日環食的省份和時間如下：
四川省（15:46:51.2~15:47:39.2瀘州市和宜賓市之間），
貴州省（15:54:42.6~15:55:33.5 銅仁市），
湖南省（15:59:34.5~16:00:26.9 邵陽市和永州市之間），
江西省（16:05:18.8~16:06:14.5贛州南康區），
福建省（16:10:22.1~16:11:20.2廈門市），
臺灣省（16:13:42.3~16:14:41.7嘉義市）。
圖1. 2020-6-21日環食發生區域（圖片來源：NASA, 作者：Fred Espenak & Jean Meeus）
圖1是不是很像一個大西瓜？下面再給各位呈上幾個小西瓜解解暑。
圖1左上角的Saros137, 即137號沙羅周期的意思。本次日食是第137號沙羅周期的70個循環周期內的第36個，雖然聽著有點繞，但是等您慢慢吃完下邊的小西瓜就會豁然開朗了。
沙羅周期就是日食或月食活動的周期，一個Saros周期是18年零11.32天（如果18年內有5個閏年，就少一天）。圖2展示了137號日食沙羅周期的70個循環周期內的第34個（1984年），35個（2002年），36個（2020年）和37個（2038年）周期的日食情況，如果地球沒有自轉，十八年後在相似的時間和地點與日食再次相見，而沙羅真的還是那個少年，只有一絲絲改變。
說完本年度的主角137號沙羅，我們再聊聊20世紀和21世紀最著名的136號沙羅。之所以著名，就是因為它是近兩個世紀內持續時間最長的日全食（每次都是超過6分鐘）。圖3展示了145年間136號沙羅6次出現的時間和區域。由於沙羅周期不是整天數，而是0.32天，所以後一次的位置要比前一次的位置西移120度，3個周期（54年零34天）後回到之前的近似位置，希臘語稱其為一個「轉輪」（不知道想當年的FLG有沒有藉此來招搖撞騙）。同時由於月球的橢圓軌道的拱線進動，導致相同編號的沙羅周期不斷往北移動。
圖2. 137號沙羅周期日環食近四次發生時間和區域（圖片來源：NASA, 作者：Fred Espenak & Jean Meeus）圖3. 136號沙羅周期在1901年至2045年間日食帶分布（圖片來源：NASA, 作者：Fred Espenak & Jean Meeus）
圖4. 136號沙羅周期內每次日食食帶變化（圖片來源：NASA, 作者：Fred Espenak & Jean Meeus）
圖4展示了136號沙羅周期從1360年6月14日南極誕生到2622年7月30日在北極消亡的過程，歷經1262年，71次日食過程。2009年發生在中國的136號沙羅周期大日全食，是71次中的第37次。而今年的137號日環食是其70次中的第36次。每個編號的沙羅周期壽命長短不一，範圍從1226年至1551年，包含69次至87次日食（日全食、日偏食、日環食、日混食），84.6%的沙羅周期包含的日食數量是70次至73次之間。
圖5. 2020年~2021年四個編號的沙羅周期（圖片來源：NASA, 作者：Fred Espenak & Jean Meeus）
當前有40個不同編號的活動沙羅周期，編號範圍是117至156。圖5展示的是今明兩年編號分別為137, 142, 147, 152沙羅周期的日食。
Saros源自古巴比倫「SAR」這個字，數值大約是3600，1691年被愛德蒙·哈雷（就是發現哈雷彗星那哥們）錯誤的用來描述地球上日食或月食的周期，1756年被Guillaume Le Gentil指出哈雷的錯誤，但是因為經過半個多世紀的使用，大家已經習以為常，也就將錯就錯地傳到現在了。
其實早在公元634年（我大唐貞觀八年），年僅32歲的太史令李淳風就事先計算出了當年的一次日全食，震動朝野。可惜我華夏族在歷史上長於發展社會科學，短於發展自然科學，長於「深藏不露，傳男不傳女，世襲罔替」，短於「開放共享、刨根問底、杞人憂天」。否則，日/月食周期的名稱就不是沙羅了，而是「淳風」或「貞觀」了。
日食的發生源自月球介於地球和太陽之間，且三者處於一條直線上。下面簡單計算一下三者處於一條直線上的概率情況。因為白道（月球圍繞地球的公轉軌道）和黃道（地球圍繞太陽的公轉軌道）有一個5.1°的傾角，所以就有了兩個交點：一個是升交點，一個降交點。當新月（農曆初一）發生，且月球與升交點或降交點南側或北側的夾角小於17°時，就會在地球上的某個位置看到日食。由於月球直徑約為太陽直徑的1/400, 而地球與太陽之間的距離約為地月距離的400倍，因此月球可以將整個太陽面完全遮擋住，形成日全食。而這兩個距離是在不斷變化的，也就形成了環食或偏食。
圖6. 日食發生示意圖（圖片來自知乎，作者：Mars Riu）
太陽的平均角速度為0.99°每天（每年365.24天），即通過34.5天可以穿過34°的某個交點處的日食形成區（見圖六升交點或降交點的灰色框內），而月球的平均周期是29.53天，意味著在34.5天內將發生1次到2次日食，而兩個交點之間平均相差173.3天，因此全年的日食發生次數最少2次，最多4次，日食間隔時間為1，5或6個農曆月。
日食的種類是通過月球在地球上投影的光錐中心處的類型：本影、半影和偽本影（見圖7）來劃分的，主要分四類：
日全食：月球的本影穿過地球。
日環食：月球的偽本影穿過地球。
日偏食：月球的半影穿過地球。
日混食：月球的本影和偽本影在地球上的不同地方穿過，又叫全環食。
圖7. 三種日食示意圖（圖片來自知乎，作者：Mars Riu）
文至此處，我們已經對日食的規律有了科學的認識，是否對太史令一職躍躍欲試了？還差最後一個看家本領：精確計算日食的發生時間和發生區域。為了避免文章冗長，大家看的煩悶，小編將放在後續的文章中詳細介紹三體的計算問題（此處三體是指：太陽、月亮和恆星，而非大劉的三體）。
下面讓我們站在巨人的肩膀上，盡情享用別人的勞動果實吧:
三千年日食查詢【中國】：2019年，由國家天文臺趙永恆研究員計算和樊東衛博士開發的在線日食計算器。國家天文科學數據中心日食計算器網址https://nadc.china-vo.org/eclipse/ 。
五千年日食查詢【美國】：2006年，由美國戈達德航天飛行中心的Fred Espenak博士和比利時業餘天文學家、專業曲棍球運動員Jean Meeus合作完成。NASA網址：https://eclipse.gsfc.nasa.gov/SEpubs/5MCSE.html 。
圖8顯示了本世紀前25年的日食分布情況。
圖8. 2001~2025日食 （圖片來自Nature, 作者：Jay M. Pasachoff）
最後咱們再說說為啥觀測日食如何火爆，無論是專業的天文科研機構，還是天文愛好者，大家都滿懷激情的追日。
圖9. 三次著名的日全食觀測（圖片來自NASA, 作者：Fred Espenak & Jean Meeus）歷史上有三次非常成功且著名的日食觀測：一次發現了新化學元素，一次測量了日冕溫度，一次驗證了廣義相對論。這三次日食都有一個共同點：持續時間較長的日全食（見圖8）。
1868年，通過日全食光譜觀測，法國天文學家皮埃爾·詹遜發現了一條奇怪的黃色譜線，後來命名為「氦」。
1869年，通過日全食光譜觀測，發現了一條奇怪的綠色譜線，20世紀40年代被W.Grotrian, B.Edlen和H.Alfven證實為高電離的鐵氣體激發導致，從而使人類間接測量到了日冕溫度高達百萬攝氏度，而日冕的加熱機制至今仍是太陽物理領域研究的最熱門領域之一。
1919年，通過日全食測光觀測，著名天文學家愛丁頓驗證了廣義相對論。具體方法：先在夜間對畢宿星團的恆星進行基準測量，在日食期間，太陽會越過該星團，因此可看到星光。將一個恆星位置的基準測量，和在日食期間在太陽邊緣可見到這個恆星的對應測量做比較，即可判定是愛因斯坦或是牛頓的推論正確。1920年，愛丁頓在他的論文中，宣布成功地驗證廣義相對論。
當愛因斯坦於1915年發表廣義相對論時，他提出三個關鍵性的驗證，並在給倫敦泰晤士報的信中強調說，假如三個中任一有相悖的情況，整個理論就會瓦解：
•水星近日點進動
•光線在引力場的偏折
•引力紅移
第一個的測試是被愛因斯坦自己首先計算並確認完成。
第二個的測試就是被愛丁頓爵士最先於1919年日全食觀測完成的。
第三個的測試待諸君完成。
目前的日全食觀測主要的科學任務是破解日冕高溫謎題，因此有必要了解一下太陽結構和日冕。
太陽大體上分三層：從內向外是光球層、色球層和日冕。光球層溫度大約4000度，色球層溫度上升到一萬度左右，而日冕在太陽的最外側，溫度竟然高達上百萬度。由於太陽光球層亮度太高，為了觀測日冕，必須把光球遮住，這就是日冕儀的基本設計原理。我國在2018年才首次掌握了日冕儀的關鍵核心技術，而攻克該技術的團隊是來自雲南天文臺、山東大學威海分校、中科院長光所和中科院物理所的科研人員。
而日食時刻，月球遮擋住了太陽光球層，形成了天然的日冕儀，因為這個遮擋是發生在地球大氣層之外，因此產生了人造日冕儀無法達到的觀測效果。因此，利用日全食開展日冕觀測仍然是天文學家的選項之一。
2017年8月，由雲南天文臺屈中權研究員帶隊的雲臺日全食觀測團隊（作者也參與了這次日全食觀測），聯合北京大學和四川理工學院的觀測團隊，共15人赴美國俄勒岡州觀測日全食，主要開展包括光球層測光和日冕綠線的偏振光譜等觀測工作。
今年雲南天文臺屈中權研究員帶領的日食觀測的先頭部隊已在西藏阿里普蘭縣霍爾鄉（此次日食在我國境內最佳觀測地點）就位。萬事俱備，只欠東風（日食）。
2018年，中科院舉辦的首屆「率先杯」創新大賽在深圳舉辦，其中「地掩天蝕」的項目脫穎而出，在距離地球約140萬公裡的日地第二拉格朗日點附近放置天文望遠鏡，就可以實現被地球遮擋的日全食觀測。解決方案令人耳目一新，但挑戰是地球有厚重的大氣，把超級月亮都染紅了。作者還考慮過「水掩天蝕」，畢竟水星沒有大氣。
而就在同年10月份，美國的帕克太陽探測器發射升空了，通過7次接近金星來實現軌道改變，預計2024年將到達指定軌道近日點為616萬千米的地方，直接進入日冕範圍，開展觸摸式日冕觀測。
【空間太陽望遠鏡】中科院紫金山天文臺甘為群研究員領銜的空間「日不落」觀測項目--太陽「一磁兩暴」觀測計劃正在實施階段。
【地面太陽望遠鏡】中科院雲南天文臺提出了先進地基太陽望遠鏡計劃。
天文學的發展離不開天文技術與儀器的驅動。太陽物理學家基於這些望遠鏡獲取的科學數據，不論是開展日震學的研究，還是磁重聯、太陽耀斑、日冕物質拋射（CME）、日冕高溫機制的研究，最終的目標都是：實現人類對於身邊這顆溫柔、孤單而美麗恆星的全部物理過程和規律的完全理解，實現太陽系內的空間天氣預報，為真正的流浪地球計算好最遲出發時間。
得益於技術的持續進步和太陽物理學家們對太陽孜孜不倦的探索，人類對太陽的認知水平必將不斷地提升。
本文審稿人：盧開興、常亮、屈中權、範玉峰
本文編輯：陳豔