日全食形成原因詳解

　　日全食必須太陽(yáng)、月亮、地球在一條直線(xiàn)的時(shí)才能發(fā)生。同時(shí)，月亮還必須在新生相的位置。在日全食的時(shí)候，月亮在地球的影子分為兩部分，中心的地區叫做本影，外面的區域叫做半影。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(huì )發(fā)生日全食，是因為存在一種神奇的對稱(chēng)性。太陽(yáng)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(yáng)之間時(shí)，對那些完全處于月亮陰影中的人來(lái)說(shuō)，太陽(yáng)的表面便被完全遮擋了。太陽(yáng)變成了黑色，只留下一個(gè)金色的光環(huán)，天空變成了靛青色。鳥(niǎo)兒此時(shí)會(huì )失去方向，或者會(huì )飛回巢中，蝙蝠和其它夜行動(dòng)物則可能睡眼惺忪地出來(lái)活動(dòng)。

　　（1）日全食基本知識：

　　一次日全食的過(guò)程可以包括以下五個(gè)時(shí)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(yáng)圓面的西邊緣開(kāi)始的。當月亮的東邊緣剛接觸到太陽(yáng)圓面的瞬間（即月面的東邊緣與日面的西邊緣相外切的時(shí)刻），稱(chēng)為初虧。初虧也就是日食過(guò)程開(kāi)始的時(shí)刻。

　　食既從初虧開(kāi)始，就是偏食階段了。月亮繼續往東運行，太陽(yáng)圓面被月亮遮掩的部分逐漸增大，陽(yáng)光的強度與熱度顯著(zhù)下降。當月面的東邊緣與日面的東邊緣相內切時(shí)，稱(chēng)為食既。此時(shí)整個(gè)太陽(yáng)圓面被遮住，因此，食既也就是日全食開(kāi)始的時(shí)刻。

　　1.日食發(fā)生規律

　　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(shí)從某一點(diǎn)開(kāi)始，然后沿著(zhù)日食帶在日沒(méi)時(shí)結束。從開(kāi)始點(diǎn)到結束點(diǎn)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(shí)月球位于地球和太陽(yáng)之間，但因太陽(yáng)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(shí)，日月兩者皆一定在“黃白交點(diǎn)”（升交點(diǎn)或降交點(diǎn)）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(huì )發(fā)生一次，但能觀(guān)測得到的地區并不一樣，只是日食時(shí)間一樣而已，并且日食類(lèi)型也不一定一樣。因為沙羅周期的長(cháng)度是6,585.32天，并不是整數，所以，如果在地球同一個(gè)地點(diǎn)再出現一次日食（并不一定是同一類(lèi)型日食），要等待3個(gè)沙羅期。在每次日食發(fā)生后的三分之一個(gè)沙羅周期會(huì )發(fā)生下一次日食，在3個(gè)沙羅期大約54年零33天之后，日食會(huì )在同一個(gè)地區重新出現�，F在有12個(gè)不同的大沙羅周期出現，一個(gè)出現在1937，1955，1973，1991和2009（中國長(cháng)江流域、武漢、杭州）的連續的大約7.5分鐘的日食。

　　3.日食帶及月球影子

　　日食帶（月球影子）在赤道地區每小時(shí)移動(dòng)約1,100英里，兩極則達到每小時(shí)5,000英里。最寬的日全食帶為167英里。在日全食經(jīng)過(guò)的地區，可以看到偏食的范圍最高達3,000英里。日全食帶一般經(jīng)過(guò)的地區是在海洋或荒無(wú)人煙的地方。

　　（2）日全食的意義價(jià)值

　　日全食之所以受重視，更主要的原因是它的天文觀(guān)測價(jià)值巨大�？茖W(xué)史上有許多重大的天文學(xué)和物理學(xué)發(fā)現是利用日全食的機會(huì )做出的，而且只有通過(guò)這種機會(huì )才行。最著(zhù)名的例子是1919年的一次日全食，證實(shí)了愛(ài)因斯坦廣義相對論的正確性。愛(ài)因斯坦1915年發(fā)表了在當時(shí)看來(lái)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(xiàn)在巨大的引力場(chǎng)中會(huì )拐彎。人類(lèi)能接觸到的最強的引力場(chǎng)就是太陽(yáng)，可是太陽(yáng)本身發(fā)出很強的光，遠處的微弱星光在經(jīng)過(guò)太陽(yáng)附近時(shí)是不是拐彎了，根本看不出來(lái)。但如果發(fā)生日全食，擋住太陽(yáng)光，就可以測量出來(lái)光線(xiàn)拐沒(méi)拐彎、拐了多大的彎。機會(huì )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(xué)家愛(ài)丁頓帶著(zhù)一支熱情和好奇心極強的觀(guān)測隊出發(fā)了。觀(guān)測結果與愛(ài)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看到。一次是在1980年，只有中緬邊境云南瑞麗地區可見(jiàn)，那時(shí)候筆者剛上初中，正是個(gè)狂熱的少年天文愛(ài)好者，可惜沒(méi)有經(jīng)濟能力，只能通過(guò)《天文愛(ài)好者》雜志過(guò)過(guò)干癮。另一次是在1997年春節之后，在中俄邊境、中國的最北端漠河可見(jiàn)。那次筆者是奉了報社之命前去采訪(fǎng)的，同時(shí)也了卻自己少年時(shí)的夢(mèng)想。那次的觀(guān)測規模之大，出乎想象，世界各國的天文學(xué)家和天文愛(ài)好者，把個(gè)平時(shí)人跡罕至的北疆小鎮擠得比過(guò)年還熱鬧，由于人數大大超出小鎮的接待能力，人們只能宿營(yíng)在火車(chē)和汽車(chē)上。當時(shí)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(guān)測者們沒(méi)有一個(gè)后悔的，沒(méi)有一個(gè)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(lèi)的天文現象，要說(shuō)與人們的日常生活、吃喝拉撒，確實(shí)是沒(méi)有什么直接關(guān)系。但是，它代表了一種終極的人文關(guān)懷，代表了一種對大自然的極度熱愛(ài)，代表了對支配萬(wàn)事萬(wàn)物的自然鐵律的一種永恒的好奇和敬畏，一個(gè)國家、一個(gè)民族，不能缺少這些關(guān)懷、這些熱愛(ài)、這些好奇和這些敬畏。

　　（3）日全食的歷史

　　1：中國觀(guān)測日食歷史悠久，早在公元前1948年就有人觀(guān)測到了日食。中國在公元前2300多年前就有了當時(shí)最先進(jìn)的天文觀(guān)象臺。中國歷來(lái)重視日食的預報，據說(shuō)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(shū)(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(shū)》記載的發(fā)生在公元前1948年的一次日食�！对�(shī)經(jīng)》中更是詳細記載了發(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(xué)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(xué)文化遺產(chǎn)。中國古代夏、商、周時(shí)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(shí)鐘，可以幫助確定一些歷史事件的時(shí)間。

　　2：古代西方一次日食中止一場(chǎng)戰爭，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(shí)忽然間太陽(yáng)消失不見(jiàn)了，兩族族人害怕災禍的到來(lái)，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(shí)，因為發(fā)生食相而害怕不敢繼續前進(jìn)，就因為延遲了進(jìn)攻，反倒讓敵方趁這段時(shí)間有了準備，結果當雅典軍隊進(jìn)攻敵方時(shí)，反而被打敗了。

　　3：根據杰出歷史文化學(xué)者、青年詞曲作家申寶峰長(cháng)期考究漢朝古墓中的日食記得出：各民族對日全食有著(zhù)如天狗吃日、狼逐日等等不同的解釋?zhuān)�并有其各自解決的方法。中國古時(shí)候，民間是以敲鑼打鼓的方式來(lái)對付；由于日全食的時(shí)間通常很短(至多七分半鐘)，所以在人們敲敲打打后，太陽(yáng)可能就會(huì )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(huà)了很多日月星辰的圖形，其中一個(gè)畫(huà)有「日月合璧」，亦即太陽(yáng)與月亮疊在一起，這就是當時(shí)的日食記錄。中國人對日食的科學(xué)解釋為陰侵陽(yáng)，中國很早就知道視為「陰」的月亮，遮蔽了視為「陽(yáng)」的太陽(yáng)，而造成日食現象。古時(shí)候有「月盈則食」的說(shuō)法，意指月食現象發(fā)生都是在滿(mǎn)月之時(shí)。日食發(fā)生時(shí)，中國古代朝廷也會(huì )有所行動(dòng)；中國人認為天代表大自然，太陽(yáng)在大自然里有著(zhù)最崇高的地位，皇帝稱(chēng)為天子，則意指其為上天派來(lái)管理人民的。既然天代表皇帝的父親，它會(huì )透過(guò)太陽(yáng)表面上的現象來(lái)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(guò)各種征兆呈現出來(lái)，日食就是一個(gè)常被利用的狀況。根據古書(shū)避鎮殿記載，漢朝每當發(fā)生日食時(shí)，皇帝就不到大殿做早朝，而到偏殿旁的小殿進(jìn)行早朝，并且一切從簡(jiǎn)。