【強行科普】天狗吃太陽Q&A

汐鈺文藝范 2016-03-13

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今天上午，地球上再次可以目睹一大奇觀——日食。這次日食是東南亞近些年來條件最好、時間最長的一次（然而在帝都的我們并看不到）。

但由此我們也會對日食產(chǎn)生一些興趣，所以接下來我們繼續(xù)請張昊文同學(xué)為大家解答有關(guān)日食的一些基本問題。

日食是什么？有哪些分類？

A1：日食是指月球運行到地球和太陽之間時，月球在太陽光照射下產(chǎn)生的影錐與半影區(qū)經(jīng)過地球，掃過的地區(qū)可以看到的一種太陽被月球全部或部分遮擋的天象。日食分為日全食、日偏食、日環(huán)食與全環(huán)食幾類。如圖所示，如果觀測者在本影區(qū)中，月球此時的視面較大而太陽視面較小，則觀測者將看到日全食；若觀測者在偽本影區(qū)中，月球視面較小而太陽視面較大，則觀測者將看到日環(huán)食（二者的視面之所以會變化是因為地球和月球各自的公轉(zhuǎn)軌道是橢圓形，日地距離和地月距離隨時間有細(xì)微變化）。更為特殊的一種情況是全環(huán)食：由于地球表面為球面，影錐在掃過地球表面時，地面上距離月球更近的觀測者處于本影區(qū)中，觀測到的是日全食；較遠(yuǎn)的觀測者處于偽本影區(qū)中，觀測到的則是日環(huán)食，全環(huán)食（也叫混合食）因此得名。今年3月9日發(fā)生的日食，全食帶依次經(jīng)過印度洋東北部、印度尼西亞的多個島嶼和太平洋東北部，我國境內(nèi)以下地區(qū)可見日偏食：西北南部、華北南部、東北東南部、西南（除西藏極北部）、華中、華南、華東。

圖1 日食成因示意圖

日食分為哪幾個階段呢？

A2：對于日全食和日環(huán)食，可分為初虧、食既、食甚、生光、復(fù)圓五個食相。初虧即月面與日面第一次外切的時刻，是整個日食過程的開始；食既為月面與日面第一次內(nèi)切的時刻，此后直到生光為止為全食階段，一般持續(xù)2-3分鐘；食甚指的是月面中心與日面中心距離最短的時刻。生光則指日面與月面第二次內(nèi)切的時刻，此后日面逐漸重新顯現(xiàn)；復(fù)圓是月面與日面第二次外切的時刻，日全食（或日環(huán)食）的過程全部結(jié)束。對于日偏食而言，月面與日面沒有內(nèi)切的時刻，因此只有初虧、食甚和復(fù)圓三個食相。

圖2 日食各階段示意圖，食既和生光階段由于月面凹凸不平，部分陽光得以到達(dá)地球，形成“貝利珠”現(xiàn)象

一年能發(fā)生幾次日食呢？

A3：很多人可能會認(rèn)為只要月球運行到太陽和地球中間（即農(nóng)歷每月初一左右）就能夠產(chǎn)生日食，但這僅僅是認(rèn)為黃白交角（地球公轉(zhuǎn)軌道面和月球公轉(zhuǎn)軌道面的夾角）得到的結(jié)論。實際上，由于存在5度左右的黃白交角，并非農(nóng)歷每月朔日都能觀測到日食。理論計算可知，每年最多能發(fā)生5次日食，最少2次（但至今并沒有一年內(nèi)發(fā)生5次日食的記錄）。當(dāng)然，每次日食的見食地區(qū)經(jīng)常不同，而且不乏見食地區(qū)基本全部落在海洋的情況……所以大家就不要對每年都能觀測到日食抱太大期望啦。

圖3 黃白交角示意圖

觀測日食時需要做哪些準(zhǔn)備呢？

A4：最重要的準(zhǔn)備是濾鏡。由于除日全食的食既到生光階段之外，太陽光始終非常強烈，因此必須做好濾光措施，防止眼睛或相機感光元件受到損傷。強烈推薦使用巴德膜（肉眼使用密度為5.0的，相機拍攝使用密度為3.8的）等正規(guī)的濾鏡，千萬不要使用熏黑的玻璃片或廢舊X光片等自制濾鏡。因為雖然這些材料可以較大地減少觀測設(shè)備接收到的來自太陽的可見光，但無法保證對其他波段的太陽輻射也有同樣的效果，因此并不能保證安全。其次就是選擇一個在日食期間有好天氣的觀測地點，避免由于陰雨天氣導(dǎo)致觀測失敗。