日環(huán)食在夏至精彩上演

王科超

4月8日凌晨，2020年最大滿月現(xiàn)身天宇。如果你錯過了這次的“超級月亮”，2020年還有更值得期待的奇特天象。

根據(jù)我國唯一的歷書編算機(jī)構(gòu)——中國科學(xué)院紫金山天文臺的計算，北京時間2020年6月21日5時44分，我國將迎來農(nóng)歷二十四節(jié)氣中的“夏至”。與這一天相伴的是，精彩的日環(huán)食也將在天穹上演。夏至與日環(huán)食二者相遇，可謂百年難遇。讓我們趕緊提前了解一下吧。

夏至的來歷

夏至這一天，太陽直射北回歸線，北半球的白天最長，夜晚最短。從赤道由南向北，白天太陽出現(xiàn)在天空中的時間越來越長。到了北極圈以內(nèi)，太陽會一天24小時掛在空中，這就是我們所說的“極晝”。而在南半球，情況正好相反，南半球的居民將經(jīng)歷白天最短而夜晚最長的一天。南極圈以內(nèi)，太陽終日躲在地平線以下，這就是“極夜”。

夏至這一天還有一個明顯的現(xiàn)象：在北回歸線以北的地區(qū)，正午時分的太陽最高，地面物體的影子最短。而在北回歸線上，夏至正午的陽光是從天頂直射下來的，所有豎直的物體都會出現(xiàn)“立竿無影”的有趣現(xiàn)象。古時候，人們很早就發(fā)明了圭表這樣的儀器來觀測正午太陽的日影長度，以此來確定包括夏至在內(nèi)的二十四節(jié)氣，并據(jù)此制定歷法。在位于南京的中國科學(xué)院紫金山天文臺紫金山園區(qū)內(nèi)，就保存著一架明朝時期（公元1442年左右）的圭表?？v然時光交錯，這架古天文儀器卻依然一如既往地測量著節(jié)氣的步伐，告知我們夏至的到來。

人們還曾因夏至的特殊現(xiàn)象而有了巨大發(fā)現(xiàn)。在古希臘時期的托勒密王朝，亞歷山大圖書館館長埃拉托色尼發(fā)現(xiàn)，夏至正午，塞恩城（今埃及阿斯旺）中豎立的物體是沒有影子的，并且陽光可以直直地射進(jìn)水井的底部：而在亞歷山大城，豎直的方尖碑卻會投下影子，通過測量方尖碑影長，埃拉托色尼得出亞歷山大太陽天頂距為7.2°。他認(rèn)為這是因為地球是個球體，兩地所在的緯度不同造成的，兩地之間的距離便對應(yīng)地球7.2。的弧長，即地球周長的1/50。因此他請人步行測量了兩地距離為5000希臘里，于是得出地球周長25萬希臘里（約合39625千米）。這與地球的實(shí)際大小誤差不到1%。這是人類第一次知道地球的近似大小。

紫金山天文臺內(nèi)的明代圭表。

夏至原本是地球與太陽之間的“約會時間”，可是2020年，地球的小跟班——月球也來湊熱鬧了。這一天，月球剛好運(yùn)行到了地球和太陽之間，把影子投在了地球上面，這樣一來，夏至日環(huán)食的精彩大戲就在天空上演了。

夏至日太陽直射北回歸線。

日食的真相

月球在圍繞地球運(yùn)轉(zhuǎn)的同時，也隨著地球繞太陽轉(zhuǎn)動，所以太陽、地球、月球這三者在天空中的位置也時刻在變化著。當(dāng)月球遠(yuǎn)行到太陽和地球之間，三個天體恰好或幾乎成一條直線時，太陽的圓面就會被月球部分或全部遮蔽，這種天象稱為“日食”。太陽的一部分被遮蔽，叫作“日偏食”：全部被遮蔽的是“日全食”。有時候月球離地球較遠(yuǎn)，月球看上去會比太陽小，這時月球就不會完全遮住太陽，但可以遮住太陽的中心部分并在其周圍留下一個光環(huán)，這樣的日食就被稱為“日環(huán)食”。

埃拉托色尼測量地球大小示意圖。

也許大家會問，太陽不是比月球大很多嗎？為什么太陽還會被月球遮??？其實(shí)，要看月球能否遮住太陽，比的不是它們的實(shí)際大小，而是它們的視角大小。同一物體離得越遠(yuǎn)，它的視角就越小，也就是近大遠(yuǎn)小的道理。所以才有“一葉障目”的說法。大家不妨可以做一個小實(shí)驗來驗證一下：閉上一只眼睛，伸出一只手指放在睜開的眼睛前面，然后讓手指在眼前前后移動，你會發(fā)現(xiàn)手指越靠近眼睛，被遮擋住的遠(yuǎn)處物體就越多。手指距離眼睛越遠(yuǎn)，被遮擋住的遠(yuǎn)處物體就越少。

不是每個月都有日食或月食的。

太陽比月球大400倍左右，但是日地距離也是地月距離的400多倍，這樣一來，兩個天體的大小看起來就差不多了。但是月球繞地球轉(zhuǎn)動的軌道是非標(biāo)準(zhǔn)橢圓狀，地球與月球間的平均距離約為38.4萬千米，近地點(diǎn)距離最少會小于35.7萬千米，遠(yuǎn)地點(diǎn)距離最多可以超過40.7萬千米，因此月球在近地點(diǎn)時要比在遠(yuǎn)地點(diǎn)時看上去大14%左右。而太陽與地球之間的距離變化相對不超過4%，這樣一來月球的視角就會時而大于太陽，時而小于太陽了。

觀測早知道

日環(huán)食發(fā)生的時候，明亮的太陽中心部分被月球遮住，邊緣的部分猶如一枚戒指散發(fā)著光輝，這一奇特的天文美景值得大家期待。那么，這次日環(huán)食可以在我國哪些地方，又是什么時間可以看到？我們又該怎樣觀測呢？

2020年6月21日日環(huán)食中國見食圖（北京時間）

其實(shí)只有處在環(huán)食帶里的人們才可以看到精彩的日環(huán)食天象，環(huán)食帶兩側(cè)只能看到食分越來越小的日偏食，或者根本看不到日食。這次日食的環(huán)食帶只有幾十千米寬，環(huán)食帶從剛果民主共和國北部開始，經(jīng)過中非、埃塞俄比亞、沙特阿拉伯、印度、中國，最后在北太平洋西部結(jié)束。在我國，環(huán)食帶經(jīng)過西藏、四川、貴州、湖南、江西、福建和臺灣等地。

2020年6月21日日環(huán)食（世界時）

某地所見日食的食分定義為食甚時，太陽被月球遮住的視直徑與太陽視直徑之比，以食分的大小可看出日食發(fā)生時太陽被遮掩的程度.

日環(huán)食（許軍拍攝）

? 日環(huán)食的整個過程（中國科學(xué)院紫金山天文臺科普部拍攝于云南姚安）

除了不同地區(qū)看到的日食食分有差別之外，日食發(fā)生的時間也有差別。日食總是自西向東依次發(fā)生的。以中國西部的四川省理塘縣為例，此次日食的初虧時間是13：53，此時月球從太陽的右側(cè)一角開始逐漸遮擋太陽，太陽出現(xiàn)殘缺;環(huán)食開始時間是15：35，此時月球已經(jīng)全部進(jìn)入太陽圓面之中，太陽邊緣部分仍然可以看到：環(huán)時結(jié)束時間是15：36，月球開始離開太陽圓面：復(fù)圓時間是17：04，太陽完全復(fù)圓。而位于中國東部的福建省廈門市，以上節(jié)點(diǎn)開始的時刻依次是14：43，16：10，16：11，17：24。大家如果想要查看自己所在地的見食情況，可以登錄紫金山天文臺歷算組的官網(wǎng)（http：//almanac. pmo. ac.cn/20200621rhs. htm）查詢。

最后需要提醒大家的是，觀測日食的時候一定要采取減光措施保護(hù)眼睛。肉眼可以透過日食眼鏡來觀測，而利用望遠(yuǎn)鏡觀測日食的時候，更是要在望遠(yuǎn)鏡前加上巴德膜等濾光裝置之后再觀測。沒有這些設(shè)備也沒關(guān)系，大家可以利用小孔成像的原理，制作一個小小的投影儀，在紙板上觀看太陽的投影;亦或走在樹蔭下，觀看陽光透過樹葉的縫隙后，在地面上留下一片隨風(fēng)舞動的“小月牙兒”，也是非常不錯的體驗。