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(fā)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(qū)叫做本影，外面的區(qū)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(qū)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(fā)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，當月亮完全處于地球和太陽之間時，對那些完全處于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(huán)，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。

　　初虧由于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(xù)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(fā)生規(guī)律

　　每年日食最多出現5次，如果出現5次，那么一定都是偏食。地球上每年至少有2次日食。在南北極地區(qū)只能看到日偏食。日全食大約1年半發(fā)生一次。每次日食都是在日出時從某一點開始，然后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(fā)生在朔，即農歷初一當日。此時月球位于地球和太陽之間，但因太陽軌道（黃道）與月球軌道（白道）成5°9′交角，故并非每次朔日皆有日食發(fā)生，而日食發(fā)生時，日月兩者皆一定在“黃白交點”（升交點或降交點）附近發(fā)生。

　　2.沙羅周期

　　同樣的日食（全食、環(huán)食和偏食）每18年零11天或者6,585.32天（沙羅周期）會發(fā)生一次，但能觀測得到的地區(qū)并不一樣，只是日食時間一樣而已，并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，并不是整數，所以，如果在地球同一個地點再出現一次日食（并不一定是同一類型日食），要等待3個沙羅期。在每次日食發(fā)生后的三分之一個沙羅周期會發(fā)生下一次日食，在3個沙羅期大約54年零33天之后，日食會在同一個地區(qū)重新出現�，F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(xù)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(qū)每小時移動約1,100英里，兩極則達到每小時5,000英里。最寬的日全食帶為167英里。在日全食經過的地區(qū)，可以看到偏食的范圍最高達3,000英里。日全食帶一般經過的地區(qū)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(fā)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(fā)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(fā)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(fā)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(fā)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(qū)看到。一次是在1980年，只有中緬邊境云南瑞麗地區(qū)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》雜志過過干癮。另一次是在1997年春節(jié)之后，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采訪的，同時也了卻自己少年時的夢想。那次的觀測規(guī)模之大，出乎想象，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(zhèn)擠得比過年還熱鬧，由于人數大大超出小鎮(zhèn)的接待能力，人們只能宿營在火車和汽車上。當時那里還是冬天，白天氣溫零下25攝氏度左右，夜里能到零下40攝氏度，滴水成冰，人們連洗臉漱口的水都找不到。盡管如此，觀測者們沒有一個后悔的，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，確實是沒有什么直接關系。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恒的好奇和敬畏，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(fā)生在公元前1948年的一次日食�！对娊洝分懈�是詳細記載了發(fā)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(zhàn)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，終于達成美好的結果－－兩族講和通婚。對于日食現象的看法，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(fā)生食相而害怕不敢繼續(xù)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：根據杰出歷史文化學者、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，并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；由于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后，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(fā)生都是在滿月之時。日食發(fā)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，太陽在大自然里有著最崇高的地位，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，明示他做錯什么事情、有什么事情要小心等等；于是，透過各種征兆呈現出來，日食就是一個常被利用的狀況。根據古書避鎮(zhèn)殿記載，漢朝每當發(fā)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，并且一切從簡。