21世紀最美日環食即將上演，你知道它是怎麼來的嗎？

十年來最具觀賞性的日環食，你看了嗎?你知道這是什麼原因嗎？我們常常聽說全日食，日環食等等詞彙，可你知道這其中的原理和區別到底在哪嗎？這回我就來跟你嘮嘮這事。

為什麼不是每個月都有日食？

我們平時常常看到下面這樣的圖，這張圖其實很容易讓人誤以為太陽、地球、月球的軌道在一個平面上。但是你有想過，如果是這樣的關係，一年是365天，從地球的角度來看，就是太陽繞著地球轉一圈的時間是365天，而一個月大概是30天左右，如果太陽的軌道和月球的軌道在一個平面上，那應該每個月都能看到日全食才對。

事實上，我們要知道，空間是三維的，而不是平面的。月球的軌道和太陽的軌道並不在一個平面上，而在存在著夾角。

運動是相對的，我們可以以地球為參考系，那麼這個時候，從地球上看，太陽就是繞著地球在轉的。我們把太陽圍繞著地球轉的軌道平面叫黃道面。

同樣地，如果從地球看去，月球也是繞著地球在轉的，我們把月球繞著地球轉的軌道平面叫做白道面。白道面和黃道面之間並不是平行的，而是存在著夾角的，這個夾角是5°09′。正是因為這個夾角的存在，所以導致我們並非每個月都能看到日食。

從上圖中，其實我們也能看出，白道面和黃道面其實有兩個焦點，這也被我們稱之為黃白交點。當太陽恰好轉動到黃白交點的附近時，太陽、月球、地球才有可能形成一條線，並形成日食，我們把太陽恰好運動到黃白交點附近時所對應的時間叫做：食季。一般來說，每年都會有2個食季，每個食季持續大概36天。而月球繞地球一周大概在30天左右，因此，在每次食季時，都至少會出現1次日食。

只不過，由於地球是個球體，因此，每次只會有一部分的地方能看到日食。

日環食

日食是月球擋住了太陽，可問題是為什麼同樣是月球擋住太陽，有的時候日全食，有的時候是日環食，甚至不同的地方看到的也不同？

這其實和月球距離地球的距離有有關。根據克卜勒的發現，天體並不是做完美的圓周運動，它們的軌道其實是一個橢圓形。因此，每一次發生日食的時候，月球距離地球的距離都是不同的，有時候近，有時候遠。這種「遠近」的差別，也就使得我們在地球上看到的日食不同。那具體是咋回事呢？

如果月球比較靠近地球，月球就會完全把太陽給擋住，這就會使得地球上一部分地區的人完全看不到太陽光，我們把這部分地區所處在的區域叫做本影。在這個地區的人所看到的就會是日全食。如果月球只能遮擋住一半的區域，那麼這被遮擋住的區域就叫做半影，處在半影區域的人所看到的景象就是日偏食。

如果月球距離地球比較遠，由於月球比較小，因此就不可能完全擋住太陽。而這時候被遮擋住的區域就叫做偽本影。處於在這個區域的人就可以看到日環食。這次的日食其實就是日環食，日環食其實屬於比較罕見的現象了。

不過，這裡要多說一句，只有在偽本影的區域才能夠看到日環食，其他地球的人只能看到日偏食，而且不同地區的觀測時間也是不同的。

日食與廣義相對論

在古代，日食的出現被認為是天狗食日，要敲鑼打鼓嚇走天狗才能重新拯救太陽。但現在我們已經知道了日食只是一種自然現象，而且日食的出現，還驗證了愛因斯坦的廣義相對論。

1915年，愛因斯坦提出了廣義相對論。但他並沒有像我們想像中的那樣一戰成名，只是在學術圈當中有些名氣。

到了1919年，愛丁頓帶領團隊拍攝了一張日食的照片，正是這場日食，成功地驗證了愛因斯坦的廣義相對論。簡單來說就是愛因斯坦的廣義相對論和牛頓的萬有引定律在描述在光在太陽周圍的運動軌跡是有略微差別的。

根據萬有引力定律。地球之所以圍繞著太陽公轉，是因為太陽的引力大，「拽住了」地球，使得地球圍繞太陽轉動。

而根據廣義相對論，引力的本質是時空的彎曲，太陽因為質量大扭曲時空，地球之所以圍繞著太陽轉動，是因為地球只是圍繞著太陽的測地線在運動。

想要愛因斯坦的理論比牛頓的更精確，就要需要用觀測或者實驗數據來驗證。而在日全食期間，觀測光線在太陽周圍的運動軌跡就可以驗證。

愛丁頓在日全食時內拍攝了16張照片，其中1張照片中求得了太陽光線的偏轉角為1.98″，在地球上另一端拍攝到的光線偏轉角是1.61″。

兩者綜合起來的數據，剛好與廣義相對論的預言值1.75″頗為吻合，證明了愛因斯坦的廣義相對論對天體的描述更為精確。於是，愛因斯坦一躍成為了20世紀最偉大的科學家。