日全食形成原因詳解

　　日全食必須太陽、月亮、地球在一條直線的時才能發生。同時，月亮還必須在新生相的位置。在日全食的時候，月亮在地球的影子分為兩部分，中心的地區叫做本影，外面的區域叫做半影。只有處在本影的位置才能看到日全食；在半影區域的位置能看到日偏食。

日全食原理

　 

　　日全食形成原因示意圖 

 　　之所以會發生日全食，是因為存在一種神奇的對稱性。太陽的直徑是月亮的400倍，而它距地球的距離正好也是月亮的400倍。結果，當月亮完全處於地球和太陽之間時，對那些完全處於月亮陰影中的人來說，太陽的表面便被完全遮擋了。太陽變成了黑色，只留下一個金色的光環，天空變成了靛青色。鳥兒此時會失去方向，或者會飛回巢中，蝙蝠和其它夜行動物則可能睡眼惺忪地出來活動。

　　（1）日全食基本知識：

　　一次日全食的過程可以包括以下五個時期：初虧、食既、食甚、生光、復圓。

　　初虧由於月亮自西向東繞地球運轉，所以日食總是在太陽圓面的西邊緣開始的。當月亮的東邊緣剛接觸到太陽圓面的瞬間（即月面的東邊緣與日面的西邊緣相外切的時刻），稱為初虧。初虧也就是日食過程開始的時刻。

　　食既從初虧開始，就是偏食階段了。月亮繼續往東運行，太陽圓面被月亮遮掩的部分逐漸增大，陽光的強度與熱度顯著下降。當月面的東邊緣與日面的東邊緣相內切時，稱為食既。此時整個太陽圓面被遮住，因此，食既也就是日全食開始的時刻。

　　1.日食發生規律

　　每年日食最多出現5次，如果出現5次，那麼一定都是偏食。地球上每年至少有2次日食。在南北極地區只能看到日偏食。日全食大約1年半發生一次。每次日食都是在日出時從某一點開始，然後沿著日食帶在日沒時結束。從開始點到結束點大約繞地球半圈。日食一定發生在朔，即農曆初一當日。此時月球位於地球和太陽之間，但因太陽軌道（黃道）與月球軌道（白道）成5°9′交角，故並非每次朔日皆有日食發生，而日食發生時，日月兩者皆一定在「黃白交點」（升交點或降交點）附近發生。

　　2.沙羅周期

　　同樣的日食（全食、環食和偏食）每18年零11天或者6,585.32天（沙羅周期）會發生一次，但能觀測得到的地區並不一樣，只是日食時間一樣而已，並且日食類型也不一定一樣。因為沙羅周期的長度是6,585.32天，並不是整數，所以，如果在地球同一個地點再出現一次日食（並不一定是同一類型日食），要等待3個沙羅期。在每次日食發生後的三分之一個沙羅周期會發生下一次日食，在3個沙羅期大約54年零33天之後，日食會在同一個地區重新出現。現在有12個不同的大沙羅周期出現，一個出現在1937，1955，1973，1991和2009（中國長江流域、武漢、杭州）的連續的大約7.5分鐘的日食。

　　3.日食帶及月球影子

　　日食帶（月球影子）在赤道地區每小時移動約1,100英裡，兩極則達到每小時5,000英裡。最寬的日全食帶為167英裡。在日全食經過的地區，可以看到偏食的範圍最高達3,000英裡。日全食帶一般經過的地區是在海洋或荒無人煙的地方。

　　（2）日全食的意義價值

　　日全食之所以受重視，更主要的原因是它的天文觀測價值巨大。科學史上有許多重大的天文學和物理學發現是利用日全食的機會做出的，而且只有通過這種機會才行。最著名的例子是1919年的一次日全食，證實了愛因斯坦廣義相對論的正確性。愛因斯坦1915年發表了在當時看來是極其難懂、也極其難以置信的廣義相對論，這種理論預言光線在巨大的引力場中會拐彎。人類能接觸到的最強的引力場就是太陽，可是太陽本身發出很強的光，遠處的微弱星光在經過太陽附近時是不是拐彎了，根本看不出來。但如果發生日全食，擋住太陽光，就可以測量出來光線拐沒拐彎、拐了多大的彎。機會在1919年出現了，但全食帶在南大西洋上，很遙遠，也很艱苦。英國天文學家愛丁頓帶著一支熱情和好奇心極強的觀測隊出發了。觀測結果與愛因斯坦事先計算的結果十分吻合，從此相對論得到世人的承認。

　　在中國，前兩次日全食都只能在邊遠地區看到。一次是在1980年，只有中緬邊境雲南瑞麗地區可見，那時候筆者剛上初中，正是個狂熱的少年天文愛好者，可惜沒有經濟能力，只能通過《天文愛好者》雜誌過過乾癮。另一次是在1997年春節之後，在中俄邊境、中國的最北端漠河可見。那次筆者是奉了報社之命前去採訪的，同時也了卻自己少年時的夢想。那次的觀測規模之大，出乎想像，世界各國的天文學家和天文愛好者，把個平時人跡罕至的北疆小鎮擠得比過年還熱鬧，由於人數大大超出小鎮的接待能力，人們只能宿營在火車和汽車上。當時那裡還是冬天，白天氣溫零下25攝氏度左右，夜裡能到零下40攝氏度，滴水成冰，人們連洗臉漱口的水都找不到。儘管如此，觀測者們沒有一個後悔的，沒有一個不興奮異常的，都把親眼看到日全食，當成人生中不可多得的珍貴記憶。日全食之類的天文現象，要說與人們的日常生活、吃喝拉撒，確實是沒有什麼直接關係。但是，它代表了一種終極的人文關懷，代表了一種對大自然的極度熱愛，代表了對支配萬事萬物的自然鐵律的一種永恆的好奇和敬畏，一個國家、一個民族，不能缺少這些關懷、這些熱愛、這些好奇和這些敬畏。

　　（3）日全食的歷史

　　1：中國觀測日食歷史悠久，早在公元前1948年就有人觀測到了日食。中國在公元前2300多年前就有了當時最先進的天文觀象臺。中國歷來重視日食的預報，據說夏代一位天文官因沉湎酒色，漏報日食，被砍首以警示玩忽職守者。中國有世界上最早、最完整、最豐富的日食記錄。光是古書(至清代)的史料(不包括甲骨文)，就有1000多次日食記錄。最早是《尚書》記載的發生在公元前1948年的一次日食。《詩經》中更是詳細記載了發生在公元前776年9月6日的日食：「十月之交，朔日辛卯，日有食之。」世界天文學家普遍承認中國古代日食記錄的可信程度最高，為世人留下了珍貴的科學文化遺產。中國古代夏、商、周時期因歷史久遠，缺乏精確的文字記錄，因此難以精確地斷代，而日食天象就像是一座相當精確的歷史時鐘，可以幫助確定一些歷史事件的時間。

　　2：古代西方一次日食中止一場戰爭，西洋最有名的故事記載是在西元前585年。米提斯與利比亞兩族打仗，打到一半時忽然間太陽消失不見了，兩族族人害怕災禍的到來，終於達成美好的結果－－兩族講和通婚。對於日食現象的看法，除了大溪地人把日食當成正面意義外，其他的國家都將他作負面的解釋。譬如西元前六百多年，雅典攻打某族時，因為發生食相而害怕不敢繼續前進，就因為延遲了進攻，反倒讓敵方趁這段時間有了準備，結果當雅典軍隊進攻敵方時，反而被打敗了。

　　3：根據傑出歷史文化學者、青年詞曲作家申寶峰長期考究漢朝古墓中的日食記得出：各民族對日全食有著如天狗吃日、狼逐日等等不同的解釋，並有其各自解決的方法。中國古時候，民間是以敲鑼打鼓的方式來對付；由於日全食的時間通常很短(至多七分半鐘)，所以在人們敲敲打打後，太陽可能就會馬上重現，因而免除了人們的驚慌。中國對日食的記載很早，在漢朝的墓中就挖出許多石頭，這些石頭上刻畫了很多日月星辰的圖形，其中一個畫有「日月合璧」，亦即太陽與月亮疊在一起，這就是當時的日食記錄。中國人對日食的科學解釋為陰侵陽，中國很早就知道視為「陰」的月亮，遮蔽了視為「陽」的太陽，而造成日食現象。古時候有「月盈則食」的說法，意指月食現象發生都是在滿月之時。日食發生時，中國古代朝廷也會有所行動；中國人認為天代表大自然，太陽在大自然裡有著最崇高的地位，皇帝稱為天子，則意指其為上天派來管理人民的。既然天代表皇帝的父親，它會透過太陽表面上的現象來警告其地上的代理人－－皇帝，明示他做錯什麼事情、有什麼事情要小心等等；於是，透過各種徵兆呈現出來，日食就是一個常被利用的狀況。根據古書避鎮殿記載，漢朝每當發生日食時，皇帝就不到大殿做早朝，而到偏殿旁的小殿進行早朝，並且一切從簡。