關於即將到來的日食,我們該知道什麼?

2020-12-24 騰訊網

日食是什麼？

相信很多人對即將到來的日食興奮不已，從俄勒岡州波特蘭到南卡羅來納州查爾斯頓，這次日食將覆蓋美國全境。日食是什麼？如何才能安全地觀賞日食？正確觀賞日食需要做些什麼規劃呢？拿好你的日食眼鏡，一起來看看天文學家給出的答案。

日（月）食就是朔望的一種形式。當三個互有引力的天體處在一條直線上時，就會形成朔望。對於我們地球人來說，最常見的朔望現象由太陽、地球和月球這三個對我們生活影響最大的天體共同構成。當地球處於太陽和月球之間時，地球自身阻擋了照向月球的太陽光，就形成了月食。而當月球運行至太陽和地球之間時，月球阻擋了照向地球的太陽光，從而形成日食。

圖解：日食和月食形成原因

為何不是每次新月時都會發生日食，而每次滿月時都會發生月食？

由於地球繞太陽運轉軌道與月球繞地球運轉軌道並不完全處於同一平面之上（不在一條直線上）。與地球公轉軌道相比，月球公轉軌道略微傾斜了幾度。因此，每個月中有半個月（也就是月球繞軌道運行一周），月球處於地球公轉軌道平面之上；而另外半個月，月球處於地球公轉軌道平面之下。月球在經過地球軌道時恰好為新月或滿月，只有滿足這個條件，才會發生日食。

圖解：傾斜的月球運行軌道

月球為何沒有阻擋所有射向地球的太陽光？

地球的面積實際上非常大，而每次日食發生，僅有一小部分地區與月球恰好完全處於一條直線上。這意味著日食實際上有三種類型：日全食、日偏食以及日環食。要想弄明白這三者之間的區別，我們首先要搞清楚陰影如何產生。

本影與半影：

地球、太陽以及月球都是三維球體。因此，發光與成影都是三維立體的。在物理學中，陰影分為兩類：本影與半影。本影是指某個物體阻擋了來自某一特定發光源的所有光線所形成的陰影。而半影指的是，某個物體阻擋了來自某一特定發光源的部分光線所形成的陰影。下面的圖片展示了更多的細節。

圖解：日食類型與陰影類別

由於月球繞地球旋轉軌道是一個橢圓形，在其運行過程中，月球有時離地球距離很近，地球部分表面處於月球本影之中。這些處於月球本影之中的地區就會經曆日全食。而當月球離地球較遠，其本影無法到達地球表面。從月球本影后方直接經過的地球表面地區會發生日環食，而從月球本影之外的半影經過的地區會發生日偏食。

圖解：本影與半影的區別

無論你所處何地，我們將該地區第一次進入月球半影的時間稱為「接觸1」，簡稱C1，將首次進入月球本影的時間稱為C2，將離開月球本影的時間稱為C3，而離開月球本影的時間稱為C4。這一命名方式受到諸多日食計時應用和工具的廣泛使用。一旦你理解了這種命名方式，觀測日食會變得一目了然；反之，你會覺得日食過程十分複雜。

當你所在地區在離開C3，進入C2之前，此時僅有一小縷太陽光從月球四周照射出來，這回形成一些有趣的衍射效應，所以注意觀察你周圍的環境，你會有意想不到的發現。在C2與C3之間的這段時間就是我們所說的「日全食」時間段，此時你可以觀賞到日冕，甚至看到部分星星。氣溫會下降幾度，感覺就像是夜幕降臨。這是整個日食過程中最為壯觀的景象，只有在俄勒岡州波特蘭到南卡羅來納州查爾斯頓這一段狹長地帶才能觀賞到這一奇觀。

圖解：日食的整個過程

如何觀賞日食？

太陽十分明亮，並且發射出大量強光。這些光線中含有高能紫外光，可能會對人眼造成傷害。就算是戴上最高級的墨鏡，也無法完全阻隔紫外光，因而戴墨鏡直視太陽也是存在危險的。要正確地觀賞日食，必須要戴上特製濾鏡。帶有#14（或更暗的）濾光片的電焊護目鏡即可，因為天文望遠鏡用的也是這種濾光片。很多地區也會出售「日食眼鏡」，這種眼鏡大多由硬紙板加上太陽濾光片製成的鏡片組成。一定要做好眼部保護措施，戴上正確的眼鏡，再觀賞日食。

圖解：日食眼鏡

如果找不到合適的濾光片來直接觀賞日食，也可使用針孔相機間接進行觀測。針孔相機製作十分簡單：在一個紙盤或硬紙板上扎一個小孔，讓陽光從中穿過，在紙板後形成投影。不要直接用眼睛從紙板小孔中直視太陽。在紙板後放上一塊白色床單，一張紙或是地面，讓太陽投射到這些物體上觀看。想要製作更高級一點的小孔相機（也就是針孔投影儀），可以上網尋找更詳細的說明。

我還需要注意哪些事情？

如果你想找到觀賞日食的最佳地點，可以儘量選擇日食軌跡的中心地帶（即「日全食區」）。離日食軌跡中心越近，觀賞到的日食時間就越長，你所處周圍環境也會越暗。

如果你恰好位於日全食區，那麼很可能到處都是人，本地商業也可能會因為遊客過多而陷入癱瘓。而如果你恰好正在旅行，我們建議每個人自備食物飲料，或者多帶一些，分享給那些空手而來的旅客。

無論所在何地，一定要記得查看當地天氣預報，確保日食觀賞不會因雲層而受到影響。如果你在遠離城鎮的鄉村地區，記得一定要遠離野生動物。動物往往不明白到底發生了什麼，看到周圍一切變得黑暗，它們有時會受到驚嚇。所以要小心野生動物，儘量待在安全的地方。

記住以上這些，盡情欣賞日食吧！

作者：Andrew SD Foster

FY：林陌祺

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