【强行科普】天狗吃太阳Q&A

今天上午，地球上再次可以目睹一大奇观——日食。这次日食是东南亚近些年来条件最好、时间最长的一次（然而在帝都的我们并看不到）。

但由此我们也会对日食产生一些兴趣，所以接下来我们继续请张昊文同学为大家解答有关日食的一些基本问题。

Q1

日食是什么？有哪些分类？

A1：日食是指月球运行到地球和太阳之间时，月球在太阳光照射下产生的影锥与半影区经过地球，扫过的地区可以看到的一种太阳被月球全部或部分遮挡的天象。日食分为日全食、日偏食、日环食与全环食几类。如图所示，如果观测者在本影区中，月球此时的视面较大而太阳视面较小，则观测者将看到日全食；若观测者在伪本影区中，月球视面较小而太阳视面较大，则观测者将看到日环食（二者的视面之所以会变化是因为地球和月球各自的公转轨道是椭圆形，日地距离和地月距离随时间有细微变化）。更为特殊的一种情况是全环食：由于地球表面为球面，影锥在扫过地球表面时，地面上距离月球更近的观测者处于本影区中，观测到的是日全食；较远的观测者处于伪本影区中，观测到的则是日环食，全环食（也叫混合食）因此得名。今年3月9日发生的日食，全食带依次经过印度洋东北部、印度尼西亚的多个岛屿和太平洋东北部，我国境内以下地区可见日偏食：西北南部、华北南部、东北东南部、西南（除西藏极北部）、华中、华南、华东。

图1 日食成因示意图

Q2

日食分为哪几个阶段呢？

A2：对于日全食和日环食，可分为初亏、食既、食甚、生光、复圆五个食相。初亏即月面与日面第一次外切的时刻，是整个日食过程的开始；食既为月面与日面第一次内切的时刻，此后直到生光为止为全食阶段，一般持续2-3分钟；食甚指的是月面中心与日面中心距离最短的时刻。生光则指日面与月面第二次内切的时刻，此后日面逐渐重新显现；复圆是月面与日面第二次外切的时刻，日全食（或日环食）的过程全部结束。对于日偏食而言，月面与日面没有内切的时刻，因此只有初亏、食甚和复圆三个食相。

图2 日食各阶段示意图，食既和生光阶段由于月面凹凸不平，部分阳光得以到达地球，形成“贝利珠”现象

Q3

一年能发生几次日食呢？

A3：很多人可能会认为只要月球运行到太阳和地球中间（即农历每月初一左右）就能够产生日食，但这仅仅是认为黄白交角（地球公转轨道面和月球公转轨道面的夹角）得到的结论。实际上，由于存在5度左右的黄白交角，并非农历每月朔日都能观测到日食。理论计算可知，每年最多能发生5次日食，最少2次（但至今并没有一年内发生5次日食的记录）。当然，每次日食的见食地区经常不同，而且不乏见食地区基本全部落在海洋的情况……所以大家就不要对每年都能观测到日食抱太大期望啦。

图3 黄白交角示意图

Q4

观测日食时需要做哪些准备呢？

A4：最重要的准备是滤镜。由于除日全食的食既到生光阶段之外，太阳光始终非常强烈，因此必须做好滤光措施，防止眼睛或相机感光元件受到损伤。强烈推荐使用巴德膜（肉眼使用密度为5.0的，相机拍摄使用密度为3.8的）等正规的滤镜，千万不要使用熏黑的玻璃片或废旧X光片等自制滤镜。因为虽然这些材料可以较大地减少观测设备接收到的来自太阳的可见光，但无法保证对其他波段的太阳辐射也有同样的效果，因此并不能保证安全。其次就是选择一个在日食期间有好天气的观测地点，避免由于阴雨天气导致观测失败。

图4 观测日食所用的巴德膜滤镜

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