晴空中的太陽正在被月亮圓圓的黑影侵蝕，日食發(fā)生了。早已得到消息的人們拿出黑膠片或熏黑的玻璃，觀察著，議論著。黑影逐漸變大，然后又逐漸退出，日食結(jié)束，一切復(fù)原。日偏食并不罕見。地球上平均每百年發(fā)生240次日食，在很大的范圍內(nèi)都可以看到偏食現(xiàn)象。對于地球上的任一地點(diǎn)，平均3年左右就能見到一次。日全食才是真正的奇觀。月亮的黑影越來越大，太陽只剩下蛾眉似的彎鉤。天空迅速變暗，氣溫明顯下降。由于太陽對地面各處輻射加熱程度的變化，有時(shí)會(huì)刮起一陣陰風(fēng)。飛鳥、家禽和家畜面臨突然到來的黃昏，不安地返回巢舍。“蛾眉日”越來越細(xì)，終于完全消失。在最后一剎那，“黑太陽”的邊緣出現(xiàn)一串光亮的顆粒，稱為“貝利珠”。這是因?yàn)樵铝吝吘売懈叩筒黄降沫h(huán)形山，最后幾縷陽光留在山谷低處，在黑暗的背景上閃亮如珠。突然降臨的黑暗恍若深夜，星斗燦然出現(xiàn)。由于全食區(qū)范圍有限，遠(yuǎn)處天邊還留著一帶霞光。月影周圍顯出平時(shí)看不到的日冕，它蒼白的輝光向外逐漸減弱，這是太陽的高層大氣。日全食只能持續(xù)幾分鐘（最多7分半），接著是另一邊的貝利珠，然后是蛾眉日。月影逐漸退出太陽，天空快速轉(zhuǎn)亮，人們仿佛從夢境中走出。日全食是很罕見的現(xiàn)象。對于地球上某一固定地點(diǎn)，平均大約300年才能見到一回。但是對于整個(gè)地球，每世紀(jì)平均發(fā)生60余次。月球的影錐尖以每秒1公里的速度自西向東從地面上掠過（由于地球自轉(zhuǎn)，地面各處的相對速度不一），地球上只有窄窄的一條帶上的地方才能看到全食。因此，熱情的天文發(fā)燒友們不遠(yuǎn)萬里來到預(yù)計(jì)發(fā)生全食的地點(diǎn)，以一睹這曠世美景為樂。有時(shí)，旅游公司會(huì)包租豪華游輪，載著一船“追星族”到海上去跟蹤月影，來一次浪漫的日食游。日全食對于天文學(xué)研究有不可替代的重要意義，因此幾百年來，天文學(xué)家?guī)缀醪环胚^任何一次日全食，有時(shí)甚至包乘飛機(jī)在天空追趕月影，以延長全食的時(shí)間，獲取更好的觀測資料。當(dāng)月亮離地球稍遠(yuǎn)的時(shí)候發(fā)生日食，較小的月面不能將日面全部擋住，這時(shí)就發(fā)生日環(huán)食。這時(shí)太陽像一個(gè)閃亮的金環(huán)掛在天空，神奇的情景令人驚嘆。有時(shí)，日食帶上的一部分發(fā)生全食，另一部分發(fā)生環(huán)食，這樣的日食稱為全環(huán)食。
日食原理
在地球繞太陽公轉(zhuǎn)和月亮繞地球公轉(zhuǎn)的過程中，當(dāng)月亮運(yùn)行到太陽和地球之間時(shí)，如果三者排成一條直線，在地球上的一部分地方就會(huì)看到月亮擋住太陽，發(fā)生日食。因此，日食只會(huì)在陰歷朔日（初一）發(fā)生（每逢初一，日、月、地大致排成一線）。
月亮在太陽的照射下，在背光的一面產(chǎn)生影子，如圖1-1所示。圖中A稱為月亮的本影，B稱為半影，C稱為偽本影。顯然，觀察者位于A處看到日全食，B處看到日偏食，C處看到日環(huán)食。一個(gè)有趣的事實(shí)是，盡管太陽直徑是月亮的400倍，比月亮大得多，但它與地球的距離恰恰也是月地距離的400倍，比月亮遠(yuǎn)得多。這樣，從地球上看來，太陽和月亮的圓面幾乎一樣大。由于地球和月球的公轉(zhuǎn)軌道都是橢圓，日地、月地距離不斷變化著，因此從地球上看來，日面、月面直徑都有微小的變化。日面直徑從31′28″ 到32′32″，月面直徑從29′22″到33′26″。在這種情況下，不難想像，日食發(fā)生時(shí)，地球處于圖1-1中本影錐尖（即A區(qū)和C區(qū)的交界點(diǎn)）附近（當(dāng)然，隨著地、月的運(yùn)動(dòng)，B區(qū)還要掃過地球）。全食時(shí)，觀察者位于錐尖左邊一點(diǎn)，月面略大于日面；環(huán)食時(shí)，觀察者位于錐尖右邊一點(diǎn)，日面略大于月面。當(dāng)?shù)厍蛱貏e接近本影錐尖時(shí)，它的一部分落入本影，見到全食；另一部分落入偽本影，見到環(huán)食。全食、環(huán)食和全環(huán)食統(tǒng)稱為中心食。
圖1-1 月影與日食
本影錐落到地面上最大直徑可達(dá)270公里，這是全食帶的寬度上限。當(dāng)然，月影會(huì)傾斜地投在地面上，造成更寬的食帶，尤其是高緯度地區(qū)。
地球公轉(zhuǎn)軌道（黃道）和月亮公轉(zhuǎn)軌道（白道）并不在同一個(gè)平面上，而是有5o度的傾角，因此并不是每個(gè)朔日都發(fā)生日食。在地球上看來，太陽在黃道上由西向東運(yùn)行，每年一周；月亮在白道上同方向運(yùn)行，每月一周（恒星月27.32天）。月亮每月(朔望月29.53天)都會(huì)趕上太陽一次（合朔）。只有當(dāng)太陽在黃白兩道的交點(diǎn)（升交點(diǎn)或降交點(diǎn)）前后18o以內(nèi)被月亮趕上，日食才可能發(fā)生（在前后15o以內(nèi)必定發(fā)生）。這個(gè)范圍稱為食限，如圖1-2所示。
圖1-2 日月在黃白交點(diǎn)附近的視運(yùn)動(dòng)
圖1-2是白道升交點(diǎn)的情形。圖的左側(cè)顯示月面和日面剛好相切，看不到日食，這是地心的情景。顯然，在地心以北，是可以看到日食的。合朔時(shí)太陽若在右側(cè)一點(diǎn)，地心就可以看到；再向右，更南的地方也可以看到。顯然，日食的情況與合朔時(shí)太陽在食限中的位置有關(guān)。最左邊發(fā)生地球北極附近看到的偏食，靠右是北極附近看到的中心食，合朔時(shí)的太陽位置越靠右，食帶越靠南。當(dāng)合朔時(shí)太陽在交點(diǎn)附近時(shí)，中心食帶就在地球赤道附近。食限的右側(cè)則出現(xiàn)南極附近的中心食，南極附近的偏食（這時(shí)太陽在食限的最右側(cè)）。在白道降交點(diǎn)附近，情況剛好相反；從左到右，先后是南極偏食、南極中心食、赤道中心食、北極中心食和北極偏食。
太陽從西向東經(jīng)過這段食限大約需要36天，比朔望月長一些，所以這段時(shí)間內(nèi)最少發(fā)生一次日食，最多發(fā)生兩次。這段時(shí)間稱為一個(gè)“食季”。半年之后，太陽到達(dá)另一個(gè)交點(diǎn)附近，又發(fā)生另一個(gè)食季。由于黃白道交點(diǎn)在黃道上緩慢移動(dòng)，太陽兩次通過同一交點(diǎn)的時(shí)間間隔，即一個(gè)“交點(diǎn)年”，為346.62天，比回歸年（365.25天）稍短。一個(gè)回歸年最少有兩個(gè)食季，每個(gè)食季最少發(fā)生一次日食，因此每年最少有兩次日食。由于交點(diǎn)年比回歸年短19天，一年中最多可以有2.5個(gè)食季，發(fā)生5次日食。實(shí)際上平均每年發(fā)生日食2.4次。連著兩個(gè)月發(fā)生日食，必然是兩個(gè)日偏食，一個(gè)在地球北極，一個(gè)在地球南極。這一點(diǎn)，通過圖1-2不難理解。因此，在地球上任一地點(diǎn)，都不可能連續(xù)兩個(gè)月看到日食。表1-2給出一個(gè)一年五食的例子，它包含兩對“比月而食”。表中g(shù)amma表示月影錐軸到地心的最近距離，詳見后文。最右一列對于偏食表示食分，對于全（環(huán)）食表示延續(xù)時(shí)間（分：秒）。兩對比月而食顯示出上面指出的特征。
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