日食知识与日食观测
日食知识与日食观测
　
日食原理
    日食现象是当月球绕地球转到太阳和地球中间时，如果太阳、月球、地球三者正好排成或接近一条直线，月球就会挡住了射到地球上去的太阳光，月球身后的黑影正好落到地球上，这时就会发生日食现象。 发生日食的时间必定在“朔日”，也就是农历初一。
　
日食原理示意图
每年日食最多出现5次，如果出现5次，那么一定都是偏食。地球上每年至少有2次日食。在南北极地区只能看到日偏食。日全食大约1年半发生一次。每次日食都是在日出时从某一点开始，然后沿着日食带在日没时结束。从开始点到结束点大约绕地球半圈。 一次日全食的过程可以包括以下五个时期：初亏、食既、食甚、生光、复圆。
名词解释
∙ 初亏
  月球相对太阳逐日自西向东移动，日食发生时如人面向太阳，月球必从右向左（或说自西向东）遮去太阳。月球本影锥开始触及观测地之时称为初亏，观测效应是月球圆面与太阳圆面首次相切（月面左边缘与日面右边缘外切），偏食阶段始，日面右边缘先行亏缺。
∙ 食既
  日面被遮部分越来越大，当日面最后一丝光芒消失之时，月球圆面与太阳圆面第二次相切（月面左边缘与日面左边缘内切），全食阶段开始，这一时刻称为食既。
∙ 食甚
  月面中心和日面中心最接近之际称为食甚, 为日食阶段的中心时刻，这时天空最暗。
∙ 生光
  月球继续向东运动，直到月球圆面与太阳圆面第三次相切（月面右边缘与日面右边缘内切），这一时刻称为生光，全食阶段结束，再次出现偏食。
∙ 复圆
  随着月球的运动，月球圆面与太阳圆面第四次相切（月面右边缘与日面左边缘外切），这一瞬刻称为复圆，整个日食过程结束。
∙ 日食带
  当月球绕地球转动时，月影会在地面上自西向东扫过一段比较长的地带，在月影扫过的地带，就都可以看见日食。所以这条带就叫做“日食带”。带内发生日全食的，就叫全食带；带内发生日环食的，就叫环食带。
∙ 什么是“天再昏”？
  天再昏，顾名思义就是在同一天接连出现两次天黑的情况。在太阳落山前后，当第一次天逐渐变暗时，天突然又亮了，接着又开始第二次的天黑。通常认为是在日落的前后发生了日全食所引起的天文奇观。
∙ 什么是“天再旦”？
  “天再旦”即天亮两次的奇异天象，有学者认为是日出之际发生的一次日食。
∙ 食分：指日食时或月食时，太阳或月亮被遮蔽的程度。
  食分：指日食时或月食时，太阳或月亮被遮蔽的程度。
  本影：天体影子（通指地球和月球的影子）的中心部份和主要部份，呈圆椎形。
  伪本影：是光线相交后形成的影,就只有发生在障碍物比较小用什么看日食,光线从它的边缘过去,在排遣面相交,屏在相交点的后面时形成像。
  日食分类：日食可分为日偏食、日全食和日环食三种。日食类型与月亮影子的结构和日食时地球在月影中的位置有关。月亮影子有三种区域：由月亮直接伸展出去的锥形暗区是月亮的本影，这里没有太阳光可以到达；由本影延长出去的锥形暗区称为伪本影，仅有太阳四周边缘的光线可以到达；本影和伪本影周围的斜线区就是半影区，有部分太阳光线可以到达。若某次日食时，仅仅是月亮的半影区落到地面上，该地区的居民只能看到日轮的一部分缺失，就是日偏食。月亮的本影落到地面上本影区中的居民可看到发生了日全食。只有月亮的伪本影到达地球，只有日轮的中央部分暗黑，太阳变成一圈明亮的圆环，这就是日环食。日全食和日环食也合称中心食。
  黄白交角：月球绕地运行的轨道叫做白道，白道平面叫做白道面。太阳周年视动路线叫做黄道，黄道平面叫做黄道面。黄道面和白道面并非在一个平面上，两者有5°09′的交角，这个交角叫做黄白交角。黄道和白道相交的两点，叫做黄白交点。其黄白交角是个可变值，它是在4°51′～5°9′之间有规律地变化着。黄白交点在黄道上也是不固定的，它每月在黄道上向西退行1°06′，大约18年又11天退行一周。黄白交角的存在和黄白交点的退行，对日月食的形成和预报都有重要意义。
  食限: 日食,月食的发生,要求太阳对于黄道面和白道之间的交点的角的距离不能超出一定的限度,此限度叫"食限".在此限度上,太阳圆面(或地球本影的截面)同月球圆面在天球上相互外切.决定 食限大小的主要因素有三:即白道貌岸然和黄道貌岸然的交角;太阳和月球的视半径;后二者又取决于当时的日地距离和月地距离.食限分为大限和小限.太阳在大限以外,日食,月食不能以生;太阳在小限以内，则日食和月食不可避免。
  倍利珠/钻石环
  在太阳将要被月亮完全挡住时，在日面的东边缘会突然出现一弧像钻石似的光芒，好像钻石戒指上引人注目的闪耀光芒，这就是钻石环（Diamond Ring），同时在瞬间形成为一串发光的亮点，像一串光辉夺目的珍珠高高地悬挂在漆黑的天空中，这种现象叫做珍珠食，英国天文学家倍利最早描述了这种现象，因此又称为倍利珠（Baily Beads）。这是由于月球表面有许多崎岖不平的山峰，当阳光照射到月球边缘时，就形成了倍利珠现象。倍利珠出现的时间很短，通常只有一二秒钟，紧接着太阳光就全部被遮盖住而发生日全食了。

  沙罗周期“沙罗周期”是一个天文术语。沙罗周期是指长度为6,585.32天的一段时间间隔，每
过这段时间间隔地球、太阳和月球的相对位置又会与原先基本相同，因而前一周期内的日、月食又会重新陆续出现。每个沙罗周期内约有43次日食和28次月食。
日食与科学

  自古以来，日食就吸引着人们的注意，许多国家早就对日食进行长期的观测，我国还保存有世界上最古老、最系统的日食记录。但是由于科学水平的限制，在中世纪以前还谈不上对日食进行科学的研究。直到16世纪中叶，由于天文学和其他学科的发展，人们对日食的观测研究才得到不断的发展和提高。  　

  日食与生活在地球上的人们有什么样的联系呢？

  首先让我们来了解太阳：
  我们平时所见到的太阳，只是它的光球部分，光球外面的太阳大气的两个重要的层次—球层和日冕，都淹没在光球的明亮光辉之中。球层是太阳大气中的中层，它是在光球之上厚约2000千米的一层；在太阳外面，还包围着温度极高（百万摄氏度）但却十分稀薄的等离子体，延伸的范围比太阳本身还大好几倍，这叫做日冕。日冕的光度只有太阳本身的百万分之一，平常它完全隐藏在地球大气散射光造成的蓝天幕里。

  通过对日食的观测研究，科学家可以知道太阳的物理状态和化学组成
  日全食时，月亮挡住了太阳的光球圆面，在漆黑的天空背景上，相继显现出红的球和银白的日冕，科学工作者可以在这一特定的时机、特定的条件下，观测球和日冕，并拍摄球、日冕的照片和光谱图，从而研究有关太阳的物理状态和化学组成。例如在1868年8月18日的日全食观测中，法国的天文学家让桑拍摄了日饵的光谱，发现了一种新的元素“氦”，这个元素一直在过了二十多年之后，才由英国的化学家雷姆素在地球上到。

  日食可以为研究太阳和地球的关系提供良好的机会
  太阳和地球有着极为密切的关系。当太阳上产生强烈的活动时，它所发出的远紫外线、X 射线、微粒辐射等都会增强，能使地球的磁场、电离层发生扰动，并产生一系列的地球物理效应，如磁暴、极光扰动、短波通讯中断等。在日全食时，由于月亮逐渐遮掩日面上的各种辐射源，从而引起各种地球物理现象发生变化，因此日全食时进行各种有关的地球物理效应的观测和研究具有一定的实际意义，并且已成为日全食观察研究中的重要内容之一。

  通过日食现象进行断代研究和历史考证
  通过对古代日食记录的研究（特别是中国有着详实的古代天象记录），来推算地球自转的长期变化问题。举例：夏商周断代工程中对“周懿王元年天再旦”等重要节点年代的天文学认定。  　

  另外： 通过日食观测研究，可以测定星光从太阳附近通过时的弯曲，从而检验广义相对论，可以研究引力的性质等等。 利用日全食的机会，可以寻近日星和水星轨道以内的行星； 此外，日食对研究日食发生时的气象变化、生物反应等都有一定的意义。

  随着科学技术的不断发展，世界各国对日食的观测项目也不断增多，而且观测的手段也从地面观测发展到高空甚至地球大气外观测，并使用飞机、气球、火箭、人造卫星等手段。有的国家甚至利用最新科学成就模拟日全食进行观测，例如1975年7月15日美国“号”和苏联“联盟号”宇宙飞船对接，其后“号”飞船模拟月球，挡住太阳的光芒，由“联盟号”上的宇航员进行“日全食”的观测。  　
日全食特别天象
  日全食发生之时可特别关注以下天象：
1. 球、日冕和日珥
  太阳大气层由内向外分为光球、球和日冕三层。平时只能看到最亮的光球层。因地球大气对阳光的散射作用，球和日冕完全被散射光形成的“蓝天”掩没而不可见。全食时散射光被月球遮去，就能看到球和日冕。球层在光球之上，全食期间表现为一层美丽的玫瑰红辉光。日冕在球层之上，呈白或橙, 直径可超过太阳圆面直径的 3 倍。

日冕
  日珥是突出于光球边缘的一种太阳活动现象,呈火红, 比光球暗得多, 主要存在于日冕中，形状千变万化，运动情况非常复杂。
　
2. 钻石环效应和贝利珠
  在日面将被月球完全遮去之际（食既到来前瞬刻），最后一丝太阳光可能会在月球右边缘突然表现为一弧如钻石戒指般的光芒，称为钻石环效应。差不多同时，消失中的阳光会在瞬息间沿着月球边缘形成一连串耀眼的亮点，犹如一串珍珠，这就是贝利珠。

钻石环效应
  全食阶段结束之际，上述现象还可能在月球边缘再次出现，故贝利珠出现是全食阶段始、终的标志，存在时间通常只有1－2秒，具体情况因不同次全食而异，切不可错过。

贝利珠
3. 值得关注的地面景观
  因小孔成像原理，阳光穿过树叶空隙会在地上形成许多杂散分布的太阳圆面像，或清晰或模糊（取决于不同空隙的成像效果）。随着日食过程的开始众多原本圆形的太阳像会同步地亏缺成月牙状，且越来越细，在全食阶段则完全消失。生光之后大批月牙状太阳像再度同时出现，并逐渐变“胖”，太阳复圆时所有像同步复圆。此景非日食期不可见，值得观赏，由于偏食阶段时间充分，用相机拍摄应不成问题。
  另外，全食到了之际可注意观察周围自然环境的变化以及“白日星空”的奇景。

2009年7月22日的白昼星空现象 　
小提示：做好观测前的准备
  做好观测前的准备十分必要，独自一人观看时更需如此。除准备好合适的滤光片外，首先需取得观测地日食过程各特征时刻尽可能正确的预报值。其次，最好在观测当天日食发生前校对好您的表或钟，这对及时捕捉可能出现的钻石环效应或贝利珠现象大有好处的, 因为这是一类短时标事件, 而这次日食的全过程超过 2.5 小时，一有疏忽美景便逝去而不复可见。
1. 全食阶段可直接拍摄到球、日冕、日珥等景象及其光谱，进而了解太阳表面的各类活动情况；
2. 测量日食过程中不同时间太阳光的强度，研究日面辐射强度的分布；
3. 在食带两侧边缘同时纪录食既和生光的时刻，确定太阳的视半径；
4. 观测太阳引力场对星光的偏折现象；
5. 搜索太阳近邻空间可能存在的小天体。
日食安全观测
  减光观测：观看日全食，在物镜端加装滤光膜或减光光栅，减弱太阳光，使它不致烧伤眼睛。

  　使用太阳眼镜观测          　使用太阳眼镜观测    　    望远镜物镜端加专业滤光膜
 

使用太阳眼镜观测    　

望远镜物镜端加专业滤光膜
　
　投影观测：不减光，用望远镜成像，通过目镜端投射到墙壁、投影板上。

望远镜投影法

　
　小孔成像：用一个带有小孔的板遮挡在屏幕与物之间，屏幕上就会形成物的倒像，我们把这样的现象叫小孔成像。前后移动中间的板，像的大小也会随之发生变化。这种现象反映了光线直线传播的性质。

不推荐的观测方法
1、直接看太阳
  刺眼阳光会对眼睛造成极大伤害，还会引发喷嚏，不安全也会影响别人健康。日食
2、使用墨镜或茶玻璃
  墨镜或茶玻璃并不具有滤光作用，如果使用墨镜或茶玻璃观看日食，会对眼睛造成极大伤害

使用墨镜或茶玻璃看日食
３、不减光用望远镜观测
  直接使用望远镜观测会对人眼造成直接伤害，甚至导致永久失明。

４、长时间用墨汁水盆观测
  照度计实验证明墨汁的减光作用并不明显，水面反射的阳光同样会灼伤人眼。

５、长时间用软盘芯减光观测
  短时间内观测问题不大，软盘芯不能过滤红外线，看久了势必伤害眼球。

６、目镜端减光镜
  很容易被聚焦后的阳光照坏。某些廉价的望远镜在目镜端可附加太阳滤镜用来观测也是不安全的，这些减光的太阳滤镜会因阳光聚焦变热而随时爆裂，观测者的视网膜会在迅雷不及掩耳的情况下受到伤害。

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