日全食

日食，又作日蚀，是一种天文现象。日全食是指当月球完全遮挡住太阳时，观测者在地球上的某些区域可以看到太阳完全被月球覆盖，从而造成白昼短暂变暗的现象日食只在发生在朔，即月球与太阳呈现合的状态时发生。由于黄道（地球绕太阳公转的轨道平面）和白道（月球绕地球公转的轨道平面与天球相交的大圆）的交点有2个，这两个交点相距180°，所以一年之中有两段时间可能发生日食，这两段时间都称为“食季”，它们相距半年。太阳每天在黄道上向东移动约1°，由于日食的食限为18°左右的范围，太阳从黄道和白道交点以西的18°运行到黄道和白道交点以东的18°，大约需要36天，也就是说日食的每一个食季为36天。日食是相当罕见的现象，分为日全食、日偏食和日环食。其中日全食、日环食较罕见，因为唯有在月球的本影投影在地球表面时，在该区域的人才能够观测到日全食；唯有在月球的伪本影投影在地球表面时，在该区域的人才能够观测到日环食。日全食是一种相当壮丽的自然景象，所以时常吸引许多游客特地到海外去观赏日全食的景象。例如，在1999年发生在欧洲的日全食，吸引了非常多观光客特地前去观赏，也有旅行社推出专门为这些游客设计的行程。日全食通常持续时间为几分钟，最长时间可达约7分31秒，这一记录发生在1912年7月22日的日全食。这次日全食的路径从印度开始，途经中国，包括上海、南京和武汉，最后进入太平洋。日全食的形成条件包括月球处于新月阶段，位于地球和太阳之间，并且三者几乎呈直线排列。月球与地球的距离也至关重要，只有在月球离地球较近时，它才能够完全遮挡住太阳，形成全影区，供观测者体验完整的日全食。此外，天气条件如晴天也是观测日全食的关键因素。

初亏

月球比太阳的视运动走得快。日食时月球追上太阳。由于月亮自西向东绕地球运转，所以日食总是在太阳圆面的西边缘开始的。月球东边缘刚刚同太阳西边缘相“接触”时叫做初亏，是第一次“外切”，是日食的开始。

食既

初亏后大约一小时，月球的东边缘和太阳的东边缘相“内切”的时刻叫作食既，是日全食（或日环食）的开始，对日全食来说这时月球把整个太阳都遮住了，对日环食来说这时太阳开始形成一个环。日食过程中，月亮阴影与太阳圆面第一次内切时二者之间的位置关系，也指发生这种位置关系的时刻。英国天文学家倍利最早描述了这种现象，因此又称为贝利珠现象。太阳圆面被月亮遮掩的部分逐渐增大，阳光的强度与热度显著下降。

食甚

食既以后，日轮继续东移，当月轮中心和日面中心相距最近时，就到食甚。食甚是太阳被月亮遮去最多的时刻。

生光

月球西边缘和太阳西边缘相“内切”的时刻叫生光，是日全食的结束时刻。从食既到生光一般只有二三分钟，最长不超过七分半钟。在生光将发生之前，钻石环、贝利珠的现象又会出现在太阳的西边缘，但也是很快就会消失。接着在太阳西边缘又射出一线刺眼的光芒，原来在日全食时可以看到的色球层、日珥、日冕等现象迅即隐没在阳光之中，星星也消失了，阳光重新普照大地。

复圆

生光之后，月面继续移离日面，太阳被遮蔽的部分逐渐减少，当月面的西边缘与日面的东边缘相切的刹那，称为复圆。这时太阳又呈现出圆盘形状，整个日全食过程就宣告结束了。

日食的形成原理是由于光的直线传播。

月球运动到太阳和地球中间，恰好运行到非常接近一条直线的位置上，或月球就会挡住太阳射向地球的光，月球身后的黑影正好落到地球上，这时发生日食现象。致使地球上的局部地方，即使是白天，也看不到太阳或只看到残缺的太阳，太阳完全被遮住称为日全食，遮住部分称为日偏食或日环食。

之所以会发生日全食，是因为存在一种神奇的对称性。太阳的直径是月亮的400倍，而它距地球的距离正好也是月亮的400倍。结果，当月亮完全处于地球和太阳之间时，对那些完全处于月亮阴影中的人来说，太阳的表面便被完全遮挡了。太阳变成了黑色，只留下一个金色的光环，天空变成了靛青色。鸟儿此时会失去方向，或者会飞回巢中，蝙蝠和其它夜行动物则可能睡眼惺忪地出来活动。在日全食期间，地平线的周围会有一个窄的光带，这是因为观察者并不是直接站在月亮的影子下面，地球和月亮有一定的距离。

日全食大约每一年半在地球上发生一次。但在北、南极地区，人们只能看到日偏食。

食既从初亏开始，就是偏食阶段了。月亮继续往东运行，太阳圆面被月亮遮掩的部分逐渐增大，阳光的强度与热度显著下降。当月面的东边缘与日面的东边缘相内切时，称为食既。此时整个太阳圆面被遮住，因此，食既也就是日全食开始的时刻。

1、在文化与宗教层面：日全食常常被视为预兆，许多古代文化将其解释为神的愤怒或命运的转折。这样的信仰不仅体现在神话传说中，也影响了许多艺术作品和文学创作，使日全食成为人类文化表达的重要主题。

2、生态方面：发生日全食时，动物常常准备睡觉，或行为异常；短时间内的温度下降最高可达20度。光线的骤然变化可能使一些动物误以为是黄昏，改变其活动模式。此外，短暂的温度下降也会影响当地的气候条件和环境状态，展现了自然界对这一现象的敏感反应。当99%的太阳表面被覆盖时，能看到的晨昏蒙影现象。

3、公众参与和教育：每当日全食发生，都会吸引大量观众前往最佳观测地点，激发人们对科学和天文学的兴趣。这种参与感不仅提升了公众对科学的认识，还促进了相关领域的教育和宣传，推动了科学素养的提高。

4、推动技术发展：在现代的原子钟出现之前，天文学家通过对日食的古代记录进行研究，发现地球旋转的周期每个世纪变慢了0.001秒。为获取最佳观测效果，科学家和爱好者们不断研发更先进的观测设备和技术，这不仅促进了光学和摄影技术的进步，也推动了数据分析和处理技术的发展。这一过程让人类在科学技术上不断创新和突破。

日全食之所以受重视，更主要的原因是它的天文观测价值巨大。

日全食是人们认识太阳的极好机会。平时所见到的太阳，只是它的光球部分，光球外面的太阳大气的两个重要的层次——色球层和日冕，都淹没在光球的明亮光辉之中。色球层是太阳大气中的中层，它是在光球之上厚约2000千米的一层；在太阳外面，还包围着温度极高（百万摄氏度）但十分稀薄的等离子体，延伸的范围比太阳本身还大好几倍，这叫做日冕。日冕的光度只有太阳本身的百万分之一，平常它完全隐藏在地球大气散射光造成的蓝色天幕里。日全食时，月亮挡住了太阳的光球圆面，在漆黑的天空背景上，相继显现出红色的色球和银白色的日冕，科学工作者可以在这一特定的时机、特定的条件下，观测色球和日冕，并拍摄色球、日冕的照片和光谱图，从而研究有关太阳的物理状态和化学组成。例如在1868年8月18日的日全食观测中，法国的天文学家让桑拍摄了日饵的光谱，发现了一种新的元素“氦”，这个元素一直在过了二十多年之后，才由英国的化学家雷姆素在地球上找到。

日食可以为研究太阳和地球的关系提供良好的机会。太阳和地球有着极为密切的关系。当太阳上产生强烈的活动时，它所发出的远紫外线、X射线、微粒辐射等都会增强，能使地球的磁场、电离层发生扰动，并产生一系列的地球物理效应，如磁暴、极光扰动、短波通讯中断等。在日全食时，由于月亮逐渐遮掩日面上的各种辐射源，从而引起各种地球物理现象发生变化，因此日全食时进行各种有关的地球物理效应的观测和研究具有一定的实际意义，并且已成为日全食观察研究中的重要内容之一。

观测和研究日全食，还有助于研究有关天文、物理方面的许多课题 [4]，利用日全食的机会，可以寻找水星轨道以内的行星；可以测定星光从太阳附近通过时的弯曲，从而检验广义相对论，可以研究引力的性质等等。

此外，日食对研究日食发生时的气象变化、生物反应等都有一定的意义。

科学史上有许多重大的天文学和物理学发现是利用日全食的机会做出的，而且只有通过这种机会才行。最著名的例子是1919年的一次日全食，证实了爱因斯坦广义相对论的正确性。爱因斯坦1915年发表了在当时看来是极其难懂，也极其难以置信的广义相对论，这种理论预言光线在巨大的引力场中会拐弯。人类能接触到的最强的引力场就是太阳，可是太阳本身发出很强的光，远处的微弱星光在经过太阳附近时是不是拐弯了，根本看不出来。但如果发生日全食，挡住太阳光，就可以测量出来光线是否拐弯、拐了多大的弯。机会在1919年出现了，但全食带在南大西洋上，很遥远，也很艰苦。英国天文学家爱丁顿带着一支热情和好奇心极强的观测队出发了。观测结果与爱因斯坦事先计算的结果十分吻合，从此相对论得到世人的承认。

日全食的计算涉及太阳和月亮运动的准确性，因此古代许多天文学家用它来验证自己的历法。1969年还有人利用公元2年以前的25次日食记录来计算地球自转速率的长期变化。

在考古断代中，根据历史中的日全食记载，可以帮助精确地确定历史事件的具体时间，是十分可信的手段。