作者 | 過客

出品 | 網易科技《知否》欄目組（公衆號：tech_163）

天狗吞日的傳說大概大家小時候都聽說過，現在我們都知道那只是一種日食現象，這個故事也成爲我們古老文化的一部分。

北京7月3日清晨，地球迎來了本年度最重要的一場天文學盛宴——日全食。但是可惜的是，此次發生的日食發生在南美的部分地區。大多數人無法親臨現場觀賞這一壯觀的天文學景觀。甚至有不少天文發燒友飛到南美去觀賞。

之所以說這場日全食非常重要，是因爲它是自2017年美國日全食發生以後，地球第一次出現日全食景象。對於天文學愛好者來說，錯過此次日全食，下一次就要再等一年多時間，也就是2020年12月14日。

當然最主要的原因還是在於它巨大的天文觀測價值。科學史上許多重要的天文學和物理學發現都來源於日全食的觀測。比如1919年的日全食就證實了愛因斯坦相對論的正確性。

此次日全食的運動軌跡是怎樣的？

當地時間7月2日，南美的部分地區觀賞到此次日全食景象。據天文學雜誌報道，這次日全食從西向東移動，而且隻影響了智利和阿根廷兩個國家，包括厄瓜多爾、巴西、烏拉圭和巴拉圭在內的一些地區只能看到日偏食。日全食景象將沿着一條狹窄的軌跡消失，這條軌跡從智利海岸一直延伸到阿根廷首都和最大城市布宜諾斯艾利斯以南。

據太空網網站報道，日全食於當地時間7月2日下午4點39分在南美洲智利海岸的拉塞雷納市附近登陸。之後，月球的陰影穿越安第斯山脈，掠過阿根廷聖胡安市。然後，當日食向東移動穿過阿根廷時，它將在科爾多瓦和布宜諾斯艾利斯的南部滑動，然後在下午5點40分日落前回到大西洋。

本次日全食是從遙遠的南太平洋開始，90%以上的全食帶都在海面上，只是在即將結束時纔會登陸南美洲南部。主要經過的也只有上面提及的智利和阿根廷兩個國家，而且可見區域都不大。從地理位置來說，想要觀測到這次日全食，我們必須繞到地球對面去。

日食是如何發生的呢？

談到日食就不得不說說地球的夥伴——月亮。簡單來說，日食就是月球軌道運行到地球與太陽之間，遮擋了部分陽光形成的天文現象。月球大約每29天半繞地球一週。當月球繞地球運行時，它相對於太陽的位置發生變化，它也將經歷新月、娥眉月（殘月）、上弦月、凸月、望月（滿月）、凸月、下弦月、娥眉月（殘月）的循環週期。

被稱爲新月的階段實際上是看不見的，因爲月球被照亮的那一面是背離地球的。雖然我們不能在新月階段看到月亮，但它對於日食有着非常特殊的意義。因爲日食只發生在新月時，也就是當月球經過地球和太陽之間時。

如果月球的陰影恰好落在地球表面，我們可以看到太陽盤的一部分或全部被月球覆蓋或遮擋。由於新月每隔29天半出現一次，你可能會認爲我們應該每月發生一次日食。事實上並非如此，因爲月球圍繞地球的軌道與地球圍繞太陽的軌道傾斜了5度。因此，月球的影子經常會錯過地球。月球的部分陰影每年至少有兩次正好落在地球表面，從這個區域我們就可以看到日食。

月球的影子實際上有兩部分，半影和本影。當月球的半影投射到地球上時，我們可以從投影中看到日偏食。如果月球的本影掃過地球表面，那麼我們就可以從本影的投影中看到日全食。而月食則相反。月食是發生在月球穿過地球的陰影時，而且只有在月球處於滿月階段時纔有可能發生。因此，無論發生日食還是月食都取決於月球與地球的相對位置。

日全食的路徑並不固定，南北極也有可能發生

月球本影在地球上的軌跡被稱爲全食帶。它通常有10000英里長（約1.6萬公里），但只有100英里寬（約160公里）。全食帶只佔地球全部表面積的不到1%。因此想要觀測到日全食，你必須位於全食帶的狹窄範圍內。

日全食的路徑可以穿越地球的任何地方，即使是北極和南極也會發生日全食現象。由於每次月全食只能在非常狹窄的軌道範圍內看到，所以並非任何一個位置都能看到。此外，你平均要等375年才能從一個地方看到兩次日全食。

當然，在一個特定的地方看到兩次日食的間隔可能長也可能短。例如，最近一次從普林斯頓觀測到的日全食發生在1478年，下一次將在2079年，相隔601年。然而，普林斯頓的下一次日全食將發生在2144年，與上一次僅僅相隔65年。

曇花一現的日全食爲何如此值得期待

日食的整個階段非常短暫，只持續幾分鐘時間。然而，它被認爲是自然界中最令人敬畏、最鼓舞人心的景觀之一。當太陽明亮的表面被月亮的黑色圓盤取代時，天空呈現出一種怪異的朦朧感。月亮會被一個美麗的薄紗狀光暈環繞。在這短暫的幾分鐘內，我們可以觀測到太陽壯觀的日冕，它的溫度高達200萬度。目睹這一天文景觀是一種難以用言語或照片表達的難忘經歷。

科學家們非常期待日全食的到來，因爲這是研究太陽日冕的難得機會。長期以來科學家們一直對太陽的日冕感到困惑。比如，爲什麼日冕這麼炎熱？是什麼導致太陽通過日冕物質拋射向太空噴射出大量的等離子體？太陽耀斑是可以預測的嗎？這些主要的謎團最終有可能通過對日全食的研究得到答案。

對於業餘天文學家和日食追蹤者來說，日食也是一個非常誘人的拍攝目標。幸運的是，如果你有合適的攝影設備並能夠正確使用它，攝影日食是一件很容易的事情。

美麗的環形日食

當然並非每次日食都是日全食。有時候月亮太“小”無法覆蓋整個太陽的圓盤。月亮的大小是由月球繞地球的軌道決定的，它的軌道不是完全圓的，而是橢圓形的。當月球繞地球運行時，地月距離在22.1萬英里到25.2萬英里之間變化。這13%的地月距離變化使得月球在我們天空中呈現的大小並不相同。

當月球在其軌道的近地端時，月球看起來比太陽大。如果此時發生了日全食，那麼它將完全遮擋住太陽。如果月食發生時月球在其軌道的遠地端，月球看起來就會比太陽還小，因此就不能完全覆蓋它。

如果從太空往下看，我們會看到月球的本影不夠長，無法到達地球。相反，半影會投射到地球上。半影的軌跡稱爲環食帶，如果你恰好處在這條軌跡上，你就會看到光環圍繞月亮的日食景象。日環食最長可以持續12分鐘時間，但通常只有這個時間的一半。

古怪的“混合型”日食

還有一種類型的日食值得一提，因爲它真的很奇怪。在某些特殊的情況下，日全食與日環食有可能在日食路徑的不同部分彼此轉變。當地球的彎曲表面將日食路徑上的不同地點分別帶入月球的本影和半影中時，就會發生這種情況。上兩次混合型日食分別發生在2005年和2013年。

日全食的五個階段

第一個階段，日偏食開始出現。月球開始出現在太陽的圓盤上，此時的太陽看起來好像被咬了一口。

第二個階段，日全食開始。太陽的整個圓盤被月球覆蓋，在月球本影路徑上的觀測者可以在全食開始之前看到貝利珠和鑽石環效應。

第三階段，全食和最大食分。月球此時完全覆蓋了太陽的圓盤，只有太陽的日冕是可見的。這是日全食最引人注目的階段。在這個時候，天空會變暗、氣溫會下降、鳥類和動物通常會安靜下來。全食時間的中點稱爲最大食分。在月球本影路徑上的觀測者可以在全食結束後看到貝利珠和鑽石環效應。

第四階段，日全食開始結束。月亮開始移動，太陽開始逐漸出現在天空。

第五階段，日偏食結束。月亮與太陽盤重疊的部分消失，太陽完整的出現在天空。

日全食的這些獨特景象不容錯過

1、陰影帶：在日全食前1分鐘左右，可以看到地面和牆壁上出現明暗交替的移動波浪線。這些陰影帶是最後一縷陽光經過地球大氣湍流折射產生的結果。

2、鑽石環效應：日冕（太陽的外層大氣）在日全食前後約10到15秒是可見的，再加上來自太陽的光輝，就產生了一種美麗的鑽石環效果

3、日冕：隨着鑽石環的褪色，日冕將變得更加突出，就像環繞着月亮輪廓的微弱光環一樣清晰可見。日冕是太陽的最外層大氣層，它的溫度大約是太陽表面溫度的200到300倍。日冕的最高溫度可以達到100多萬攝氏度。

4、貝利珠：日全食前大約5秒會出現貝利珠。它們是位於月球邊緣的珠狀小光點。它們的形成是因爲月球表面的山脈和山谷的縫隙露出了一部分陽光。

5、太陽的色球層：色球層是太陽大氣層的較低一層，它會發出一種紅色的輝光，只有在全食開始幾秒鐘後才能看到。

此次日全食的準確發生時間：

（注：以上時間僅供參考）

現場欣賞機不可失，但保護眼睛不容忽視

我們都知道直視太陽會對眼睛造成傷害，但是觀賞光線已經被月亮擋住的日全食也不行嗎？當然不行！我們接下來了解下其中的原因。

小時候的自然課你可能使用放大鏡和太陽點燃過火柴，當然其中藉助的是透鏡的聚焦原理。我們的眼睛裏有一個晶狀體，如果你盯着太陽看，晶狀體會把陽光聚焦到你的視網膜，並且造成傷害。如果光線太強，甚至會殺死視網膜上的細胞。

有人覺得日全食的時間只有很短暫的一會，因此不會造成傷害。事實上，當你感覺到眼睛疼痛的時候，你的視網膜已經受到損傷了。無論是直接觀察太陽圓盤還是通過照相機取景器，或者使用雙筒望遠鏡，即使太陽只剩下一彎薄薄的月牙形或只有貝利珠存在，也會給你造成永久性的眼睛損傷。

即使太陽表面只有1%可見，其亮度約爲滿月的1萬倍。在這種情況下盯着太陽就像用放大鏡把陽光聚焦到火柴上。人類的視網膜是脆弱而且不可替代的，視網膜損傷，醫生們根本是無法幫助你的。除非你有足夠的保護措施，否則千萬不要在日食的整個階段之外直視太陽。

想要觀測日全食，可以選用以下幾種方法。一是使用針孔投影法，但是千萬不要透過針孔直接觀察太陽。二是選取一種特殊設計的太陽濾鏡。三，你也可以直接使用電焊工的護目鏡。四，可以使用大家小時候常見的黑白底片，當然現在很少見了。五，就是配備了濾波器的攝像機和望遠鏡，但是這個選擇通常比較昂貴。另外，記住千萬不要用太陽眼鏡，因爲它們在這種情況下很難保護你的眼睛。

日食期間，除了人類它們也受影響

早在16世紀就有研究記錄了日食是如何影響動物的。1544年的日全食期間，人們發現鳥類會停止歌唱。1932年的日食期間，新英格蘭北部的人們發現蟋蟀停止了鳴叫，青蛙開始呱呱亂叫。在20世紀60年代和70年代，科學家們曾報告稱，海洋中微小的對光敏感的甲殼類動物和浮游動物在日食期間會游到海面，類似於它們在夜間的反應。

2017年8月21日，美國密蘇里大學專門對蜜蜂在日全食期間的反應進行了研究。研究人員在日食的路徑上設立了監測點來監聽這些昆蟲的行爲。他們發現，日全食期間蜜蜂完全停止飛行。當月亮完全遮擋住太陽，所有的一切都變暗時，蜜蜂會完全停止飛行並且保持沉默。安放在花叢中的麥克風一點聲音都沒有。當然它們的這些異常行爲還有待科學家們探索。

關於日食的神祕傳說

當日食發生時，地球陷入黑暗，人們就會產生各種各樣的猜想和恐懼。因此，關於日食就有了許多不同的傳說和迷信。在中國有着天狗食日的傳說，人們爲了嚇走天狗，往往會跑到外面敲鑼打鼓、燃放鞭炮，希望嚇唬天狗讓它吐出太陽來。而古代君王甚至把日食視作上天的一種警示，認爲沒有日食發生纔會天下太平。

當然老外也不能倖免，有人認爲是惡魔吞噬了太陽，也有人認爲神靈拋棄了他們。比如說，瑪雅人認爲日食是一條巨蛇吞噬了太陽，匈牙利人認爲太陽是被一隻巨大的食日鳥喫掉了，西伯利亞人則認爲是一隻巨熊惹的禍。日食期間阿茲特克人也會爆發混亂，並且開始拿那些膚色最淺的人進行祭祀。所有的傳說和儀式似乎都是爲了賦予人們足夠的勇氣來面對這一神祕現象。

此外，許多文明都相信日蝕會影響懷孕，導致孕婦流產，並且生下身體畸形的嬰兒，甚至這些嬰兒會變成食肉的野獸。對於現代人來說，這些想法可能聽起來有點極端，但在世界上許多地方，源自神話的一些儀式仍然存在。當然，這只是在缺乏科學解釋的情況下，人類對這種自然現象產生了一種迷信。

日全食給歷史帶來的影響

日食曾經充當了一次和平使者。在公元前585年的春天，呂底亞人和米底亞人的兩隻軍隊正在爭奪現在的土耳其那片土地，一場日全食阻止了他們之間的爭鬥。當日全食促使兩個族羣開始和平相處時，他們已經戰鬥了10多年。根據古希臘歷史學家希羅多德的記載，敵對雙方把日食理解爲結束戰爭的預兆，而且他們立刻就這麼做了。

日全食幫助愛因斯坦功成名就。1919年的一次日全食讓美國人有機會檢驗愛因斯坦的廣義相對論。1919年5月29日，當科學家們在非洲西海岸觀看了日全食，他們藉機測量了太陽附近的行星位置，並且計算了太陽質量導致的時空扭曲。這次觀測證明了愛因斯坦廣義相對論的正確,並使愛因斯坦成爲一個家喻戶曉的名人。

日全食促使美國和英國建立了合作同盟。1937年，隨着第二次世界大戰的臨近，太平洋上的一個偏遠島嶼——坎頓島成爲研究人員觀測日食最有價值的地方。美國海軍探險隊和英國探險隊共同駐紮在坎頓島上。爲了更好的觀測1937年6月8日的日食並收集數據，美國人和英國人通過一場友好競賽來爭奪最有利的位置。在第二次世界大戰期間，由於該島靠近日本，兩國建立同盟將這裏作爲共同的補給基地。

日食發生的頻率和未來的日食

從公元前2000年到公元3000年，長達5千年的時間裏，地球總計遭遇了11898次日食。其中日偏食發生了4200次，佔比35.3%；日環食發生了3956次，佔比33.2%；日全食發生了3173次，佔比26.7%；混合型日食發生了569次，佔比4.8%。

這相當於平均每年發生2.4次日食。事實上，一年中發生日食的次數可能是2到5次不等。幾乎有四分之三的年份是一年發生了兩次日食。此外一年內發生5次日食的幾率是相當罕見的，上一次是在1935年，下一次將是2206年。雖然在一年內有可能發生兩次日全食，但這種情況是相當罕見。發生兩次日全食的年份包括了1712年、1889年、2057年和2252年，彼此之間都相隔一百多年。

錯過這一次，我們還可以等下一次：

由於地理位置等諸多原因，許多人可能都無法親臨現場觀賞這一天文學奇觀。不必懊惱，我們可以等待下一次機會。這裏就是未來幾年內的5次日全食時間表：

這麼壯觀的天文學景象，有機會的話還是親身體驗一次吧！

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