日食过程的五个阶段(日食过程从什么面开始什么面结束)

出品:科普中国

制作:左(中国科学院上海天文台)

监制:计算机网络信息中心

你那里今天是晴天吗？如果它出来了，也许你能看到日食！

12月26日将上演日环食，但日环食带不会经过我国，因此我国部分地区可观测到日偏食。

2019年12月26日中国主要城市的日食。表格来源:中国天文年鉴

在外面的世界没有朋友也不要难过。明年6月21日就能欣赏到中国罕见的日环食。

和边肖一起回顾科学日食的姿态。文末有直播链接。

四种日食，你看过几种？

当月球运行到地球和太阳之间时，如果三者在一条直线上，月球会挡住太阳光照射到地球上，在月球背对太阳的方向会出现一个影子，称为月影。当月影扫过地球的区域时，太阳被月亮挡住了。这种现象被称为日食。

日食示意图，本影和半影，图片来源:timeanddate.com

月影分为本影、半影和伪本影。本影是指不被阳光直射的地方。它实际上是空之间的一个圆锥，所以叫本影圆锥。半影是指只有部分阳光直射的区域。伪本影是指本影圆锥会聚于一点后继续延伸所得到的椎体。

根据观测者在月影中的具体位置，观测者观测到的月食可分为四类:日偏食、日全食、日环食和月全食。

日偏食:当地球上的观测者处于月球半影时，看到的是日偏食，太阳被月球部分遮挡。当日偏食发生在非极地地区时，通常可以在地球的某些地区看到其他日食，如日全食或日环食或日全食。就像今天，中国很多地方都可以看到日偏食，而沙特部分地区可以看到日环食。

日全食:太阳的平均直径约为月球的400倍，太阳到地球的平均距离约为月球到地球的400倍。因此，在地球轨道上，月球的本影大小刚好可以覆盖整个太阳，日全食就发生了。这通常发生在月球处于近地点时，这样月球的本影就可以扫过地球表面。当观察者在月球的本影之内时，他可以看到日全食。半影中的观测者将会看到日偏食。

日环食:月球处于远地点时，月球的本影锥无法到达地球，月球本影锥延伸形成的伪本影锥扫过地球的部分区域。此时月亮的大小看起来比太阳小，所以当你从伪本影区看太阳时，可以看到一个中心被遮挡，周围发光的光晕，即日环食。

日全食:除了日全食和日环食，还有一种日食是在非常巧合的情况下发生的——日全食。当月地距离刚好是日地距离的1/400左右时，月球的本影圆锥顶点刚好能碰到地球，月全食带两端都有伪本影。随着地球和月球的相对运动，本影圆锥顶点附近的区域将先后看到日环食、日全食和日环食，所以称为看到日全食。

△半影、偏食、伪本影、日环食示意图。图片来源:timeanddate.com

日食五步走，不过偏食只能看到三步

日食的过程分为第一次亏、食、食、光和最后一次接触。

第一次月食是指当月亮的东部边缘“接触”(环绕)太阳的西部边缘时，日食的开始。月食是指月亮的东边缘和太阳的西边缘刚好相互切入时，日全食或日环食的开始。月食是指月球中心最接近太阳中心的时刻。光是指当月球的西边缘与太阳的东边缘相交时，日全食或日环食结束。复原是指当月亮的西缘和太阳的东缘被切断时，日食结束。

图片来源:veer画廊

日全食期间，在同一地区可以看到，从初亏到恢复的时间可以持续几个小时，最好的部分是从食到光的时间，从几秒到7.5分钟不等。在21世纪最长的一次日全食中，这一阶段持续了6分39秒，发生在2009年7月22日。

相比之下，月全食可以持续3小时40分钟。为什么差别这么大？从视觉上看，日全食的持续时间取决于影子和月球表面的相对大小，而日全食的持续时间取决于影子和月球表面的相对大小。日全食发生时，月影完全离开太阳表面需要很短的时间，因为我们看到的月影大小与太阳表面相差不大。月全食发生时，地影大于月面，使月面长期笼罩在地影的“侵蚀”中。

日环食期间，在同一区域可以看到，从初亏到恢复的时间可以持续3个小时左右，而从吃到亮的时间可以看到1秒到12分钟以上。

至于日偏食，我们只能看到初亏、食量大和最后一次接触三个过程。在同一地区，我们可以看到，从最初的损失到恢复的时间可以持续几个小时。12月26日，北京地区的日偏食从初亏到恢复持续了1小时45分钟。上海看到的日偏食，从初亏到恢复持续2小时25分钟。

这次日食，你能看到什么？

如果你在日环食带的中心线上，可以看到月亮和太阳是同心的，也就是可以看到等宽的同心环。如果你只在环形食带而不在中心线上，你看到的是一个偏心环。如果你在日环食带之外，在月食带之内，你会看到日偏食。

2019年12月26日日食带分布。图片来源:timeanddate.com

日环食区:简单来说，就是太阳被一点一点“吃掉”，变成一个亮环，然后一点一点“吐出来”的过程。

如果那天阳光明媚，你可以看到太阳突然被一个黑影挡住了，这个黑影在不断扩大，感觉夜晚就要来了。当太阳只有一个小月牙时，天空昏暗，一直持续到太阳完全被影子遮住。是暂时的，月亮慢慢东移，太阳慢慢发光，直到恢复到月食前的样子。

日环食最精彩的一幕，就是月食时的这个“钻石环”。图片来源:Smrgeog，摄于2012年5月20日。

日偏食区域:

日偏食能看到什么，取决于食分的多少。日食是指太阳表面直径被遮挡的部分与太阳直径的比值。日食等于0.5表示太阳表面直径被遮挡了一半。如果食物太低，肉眼很难看出太阳的大小和亮度在变化。只有食物变大了，肉眼才能看到变化。

为啥新月月月有，但日食却不常有？

不难发现，月食对应的月相就是新月。有新月，但是日食很少。地球上每年至少有两次日食(日偏食、日环食或日全食)。每年日食最多5次。在过去的5000年里，25年只有5次日食。

为什么日食不常发生？因为日食的发生要求太阳、月亮和地球在同一直线上。想象一个以地球球心为圆心，半径无限大的球体，叫做天球，所有天体都位于天球上。月球天球上运动的轨道面(黄道)和太阳天球上运动的轨道面(黄道)不在同一平面上，但有一个5度左右的夹角。月食需要满足一个苛刻的条件:月亮和太阳都在黄道和黄道的交点附近。

另外，日食的发生并不意味着可以看到，因为可以看到的区域是有限的，不在日食带的区域是看不到的。对于同一个地方，日全食的概率大约是300年到400年一次。

中国上一次日全食要追溯到2009年7月22日，下一次是16年后的2035年9月2日。至于日环食，中国能看到的上一次日环食是2012年5月21日，下一次是2020年6月21日。如果错过了下一次，那就要等到2030年6月1日了。

另外一个小知识值得和大家分享。通常，在一次月食前后大约两周会有另一次月食。以这次日环食为例。两周后，1月10日将发生半影月食。当然，半影月食发生时，月亮的亮度变化并不明显，肉眼很难察觉。

科学家看日食是看什么？

对于公众来说，日食是一种值得欣赏的天文现象。但是对于天文学家来说，日食，尤其是日全食的科学观测是有很大价值的。

由于月球的遮挡，原本难以观测到的太阳外层——日冕层可以露出真面目，这对太阳的研究具有重要意义。日全食期间可以看到平时很少见的水星，是发现水星轨道内小行星的好机会。

日全食也提供了一个很好的机会来验证广义相对论的一个预言——巨大引力场中的光弯曲。1919年的日全食观测就是一个成功的案例。爱丁顿爵士和他的助手在日全食时拍摄了太阳附近的恒星，对比了非日全食时拍摄的同一天空区域的恒星位置，从而确定了太阳引力引起的星光偏转。观测到的星光偏转角更接近广义相对论预言的光角偏转，这是支持广义相对论的第一个观测证据。

△上图是日全食时恒星靠近太阳的位置；图为非日全食期间同一天区的恒星位置；下图说明了太阳引力导致的星光弯曲。图片来源:NASA

上面提到的大部分科学价值都是从可见光波段考虑的。在可见光波段，日全食的科学价值较高，日偏食和日环食略逊一筹。但就射电波段观测而言，日偏食和日环食也具有科学价值，可以获得色球、日冕大气和射电本地源的重要信息。

其实中国射电天文学的发展和日环食的观测有着奇妙的渊源。

1958年，中苏在海南岛联合观测日食，为射电天文学作为一门新学科在中国的发展提供了契机。旨在研究太阳无线电发射的观测由苏联牵头，中国组织并培训了一批科研人员协助苏联进行观测。

虽然基础知识背景不足，但苏联射电天文学家的授课促进了中国人员开展射电天文的热情，后续还举办了射电天文培训班，为射电天文研究人员奠定了必要的理论基础。而且我国科研人员通过借用苏联射电望远镜，学习和解剖了苏联借鉴的图纸，逐步掌握了装备制造的相关技术和原理。

1958年中苏联合观测队拍摄的海南岛日环食，王守官院士供图

今天去哪里看日食？中科院天文科普联盟将通过多地的日食直播，向大家直播日偏食的美景。

扫描二维码进入直播间。

我们也希望大家能走出家门，平安地欣赏日食。日食虽然是太阳部分或全部被遮挡，光线强度减弱的时候，但仍然很刺眼，直接观察会对眼睛造成伤害。目视观测时，需要佩戴正确的日食观测眼镜；如果用相机拍摄，需要在镜头前安装滤镜；如果使用望远镜观测，需要在望远镜镜头前安装像巴德膜这样的减光配件。

​