知否|2019最壮观日全食上演 为啥有人特意去南美观赏?

作者 | 过客

出品 | 网易科技《知否》栏目组（公众号：tech_163）

天狗吞日的传说大概大家小时候都听说过，现在我们都知道那只是一种日食现象，这个故事也成为我们古老文化的一部分。

北京7月3日清晨，地球迎来了本年度最重要的一场天文学盛宴――日全食。但是可惜的是，此次发生的日食发生在南美的部分地区。大多数人无法亲临现场观赏这一壮观的天文学景观。甚至有不少天文发烧友飞到南美去观赏。

之所以说这场日全食非常重要，是因为它是自2017年美国日全食发生以后，地球第一次出现日全食景象。对于天文学爱好者来说，错过此次日全食，下一次就要再等一年多时间，也就是2020年12月14日。

当然最主要的原因还是在于它巨大的天文观测价值。科学史上许多重要的天文学和物理学发现都来源于日全食的观测。比如1919年的日全食就证实了爱因斯坦相对论的正确性。

此次日全食的运动轨迹是怎样的？

当地时间7月2日，南美的部分地区观赏到此次日全食景象。据天文学杂志报道，这次日全食从西向东移动，而且只影响了智利和阿根廷两个国家，包括厄瓜多尔、巴西、乌拉圭和巴拉圭在内的一些地区只能看到日偏食。日全食景象将沿着一条狭窄的轨迹消失，这条轨迹从智利海岸一直延伸到阿根廷首都和最大城市布宜诺斯艾利斯以南。

据太空网网站报道，日全食于当地时间7月2日下午4点39分在南美洲智利海岸的拉塞雷纳市附近登陆。之后，月球的阴影穿越安第斯山脉，掠过阿根廷圣胡安市。然后，当日食向东移动穿过阿根廷时，它将在科尔多瓦和布宜诺斯艾利斯的南部滑动，然后在下午5点40分日落前回到大西洋。

本次日全食是从遥远的南太平洋开始，90%以上的全食带都在海面上，只是在即将结束时才会登陆南美洲南部。主要经过的也只有上面提及的智利和阿根廷两个国家，而且可见区域都不大。从地理位置来说，想要观测到这次日全食，我们必须绕到地球对面去。

日食是如何发生的呢？

谈到日食就不得不说说地球的伙伴――月亮。简单来说，日食就是月球轨道运行到地球与太阳之间，遮挡了部分阳光形成的天文现象。月球大约每29天半绕地球一周。当月球绕地球运行时，它相对于太阳的位置发生变化，它也将经历新月、娥眉月（残月）、上弦月、凸月、望月（满月）、凸月、下弦月、娥眉月（残月）的循环周期。

被称为新月的阶段实际上是看不见的，因为月球被照亮的那一面是背离地球的。虽然我们不能在新月阶段看到月亮，但它对于日食有着非常特殊的意义。因为日食只发生在新月时，也就是当月球经过地球和太阳之间时。

如果月球的阴影恰好落在地球表面，我们可以看到太阳盘的一部分或全部被月球覆盖或遮挡。由于新月每隔29天半出现一次，你可能会认为我们应该每月发生一次日食。事实上并非如此，因为月球围绕地球的轨道与地球围绕太阳的轨道倾斜了5度。因此，月球的影子经常会错过地球。月球的部分阴影每年至少有两次正好落在地球表面，从这个区域我们就可以看到日食。

月球的影子实际上有两部分，半影和本影。当月球的半影投射到地球上时，我们可以从投影中看到日偏食。如果月球的本影扫过地球表面，那么我们就可以从本影的投影中看到日全食。而月食则相反。月食是发生在月球穿过地球的阴影时，而且只有在月球处于满月阶段时才有可能发生。因此，无论发生日食还是月食都取决于月球与地球的相对位置。

日全食的路径并不固定，南北极也有可能发生

月球本影在地球上的轨迹被称为全食带。它通常有10000英里长（约1.6万公里），但只有100英里宽（约160公里）。全食带只占地球全部表面积的不到1%。因此想要观测到日全食，你必须位于全食带的狭窄范围内。

日全食的路径可以穿越地球的任何地方，即使是北极和南极也会发生日全食现象。由于每次月全食只能在非常狭窄的轨道范围内看到，所以并非任何一个位置都能看到。此外，你平均要等375年才能从一个地方看到两次日全食。

当然，在一个特定的地方看到两次日食的间隔可能长也可能短。例如，最近一次从普林斯顿观测到的日全食发生在1478年，下一次将在2079年，相隔601年。然而，普林斯顿的下一次日全食将发生在2144年，与上一次仅仅相隔65年。

昙花一现的日全食为何如此值得期待

日食的整个阶段非常短暂，只持续几分钟时间。然而，它被认为是自然界中最令人敬畏、最鼓舞人心的景观之一。当太阳明亮的表面被月亮的黑色圆盘取代时，天空呈现出一种怪异的朦胧感。月亮会被一个美丽的薄纱状光晕环绕。在这短暂的几分钟内，我们可以观测到太阳壮观的日冕，它的温度高达200万度。目睹这一天文景观是一种难以用言语或照片表达的难忘经历。

科学家们非常期待日全食的到来，因为这是研究太阳日冕的难得机会。长期以来科学家们一直对太阳的日冕感到困惑。比如，为什么日冕这么炎热？是什么导致太阳通过日冕物质抛射向太空喷射出大量的等离子体？太阳耀斑是可以预测的吗？这些主要的谜团最终有可能通过对日全食的研究得到答案。

对于业余天文学家和日食追踪者来说，日食也是一个非常诱人的拍摄目标。幸运的是，如果你有合适的摄影设备并能够正确使用它，摄影日食是一件很容易的事情。

美丽的环形日食

当然并非每次日食都是日全食。有时候月亮太“小”无法覆盖整个太阳的圆盘。月亮的大小是由月球绕地球的轨道决定的，它的轨道不是完全圆的，而是椭圆形的。当月球绕地球运行时，地月距离在22.1万英里到25.2万英里之间变化。这13%的地月距离变化使得月球在我们天空中呈现的大小并不相同。

当月球在其轨道的近地端时，月球看起来比太阳大。如果此时发生了日全食，那么它将完全遮挡住太阳。如果月食发生时月球在其轨道的远地端，月球看起来就会比太阳还小，因此就不能完全覆盖它。

如果从太空往下看，我们会看到月球的本影不够长，无法到达地球。相反，半影会投射到地球上。半影的轨迹称为环食带，如果你恰好处在这条轨迹上，你就会看到光环围绕月亮的日食景象。日环食最长可以持续12分钟时间，但通常只有这个时间的一半。

古怪的“混合型”日食

还有一种类型的日食值得一提，因为它真的很奇怪。在某些特殊的情况下，日全食与日环食有可能在日食路径的不同部分彼此转变。当地球的弯曲表面将日食路径上的不同地点分别带入月球的本影和半影中时，就会发生这种情况。上两次混合型日食分别发生在2005年和2013年。

日全食的五个阶段

第一个阶段，日偏食开始出现。月球开始出现在太阳的圆盘上，此时的太阳看起来好像被咬了一口。

第二个阶段，日全食开始。太阳的整个圆盘被月球覆盖，在月球本影路径上的观测者可以在全食开始之前看到贝利珠和钻石环效应。

第三阶段，全食和最大食分。月球此时完全覆盖了太阳的圆盘，只有太阳的日冕是可见的。这是日全食最引人注目的阶段。在这个时候，天空会变暗、气温会下降、鸟类和动物通常会安静下来。全食时间的中点称为最大食分。在月球本影路径上的观测者可以在全食结束后看到贝利珠和钻石环效应。

第四阶段，日全食开始结束。月亮开始移动，太阳开始逐渐出现在天空。

第五阶段，日偏食结束。月亮与太阳盘重叠的部分消失，太阳完整的出现在天空。

日全食的这些独特景象不容错过

1、阴影带：在日全食前1分钟左右，可以看到地面和墙壁上出现明暗交替的移动波浪线。这些阴影带是最后一缕阳光经过地球大气湍流折射产生的结果。

2、钻石环效应：日冕（太阳的外层大气）在日全食前后约10到15秒是可见的，再加上来自太阳的光辉，就产生了一种美丽的钻石环效果

3、日冕：随着钻石环的褪色，日冕将变得更加突出，就像环绕着月亮轮廓的微弱光环一样清晰可见。日冕是太阳的最外层大气层，它的温度大约是太阳表面温度的200到300倍。日冕的最高温度可以达到100多万摄氏度。

4、贝利珠：日全食前大约5秒会出现贝利珠。它们是位于月球边缘的珠状小光点。它们的形成是因为月球表面的山脉和山谷的缝隙露出了一部分阳光。

5、太阳的色球层：色球层是太阳大气层的较低一层，它会发出一种红色的辉光，只有在全食开始几秒钟后才能看到。

此次日全食的准确发生时间：

日全食	南美当地时间	北京时间
看到日偏食的第一个位置	7月2日16:55:13	7月3日00:05:13
看到日全食的第一个位置	7月2日18:01:08	7月3日01:11:08
最大食分	7月2日19:22:57	7月3日02:32:57
看到日全食的最后一个位置	7月2日20:44:46	7月3日03:54:46
看到日偏食的最后一个位置	7月2日21:50:34	7月3日04:00:34

（注：以上时间仅供参考）

现场欣赏机不可失，但保护眼睛不容忽视

我们都知道直视太阳会对眼睛造成伤害，但是观赏光线已经被月亮挡住的日全食也不行吗？当然不行！我们接下来了解下其中的原因。

小时候的自然课你可能使用放大镜和太阳点燃过火柴，当然其中借助的是透镜的聚焦原理。我们的眼睛里有一个晶状体，如果你盯着太阳看，晶状体会把阳光聚焦到你的视网膜，并且造成伤害。如果光线太强，甚至会杀死视网膜上的细胞。

有人觉得日全食的时间只有很短暂的一会，因此不会造成伤害。事实上，当你感觉到眼睛疼痛的时候，你的视网膜已经受到损伤了。无论是直接观察太阳圆盘还是通过照相机取景器，或者使用双筒望远镜，即使太阳只剩下一弯薄薄的月牙形或只有贝利珠存在，也会给你造成永久性的眼睛损伤。

即使太阳表面只有1%可见，其亮度约为满月的1万倍。在这种情况下盯着太阳就像用放大镜把阳光聚焦到火柴上。人类的视网膜是脆弱而且不可替代的，视网膜损伤，医生们根本是无法帮助你的。除非你有足够的保护措施，否则千万不要在日食的整个阶段之外直视太阳。

想要观测日全食，可以选用以下几种方法。一是使用针孔投影法，但是千万不要透过针孔直接观察太阳。二是选取一种特殊设计的太阳滤镜。三，你也可以直接使用电焊工的护目镜。四，可以使用大家小时候常见的黑白底片，当然现在很少见了。五，就是配备了滤波器的摄像机和望远镜，但是这个选择通常比较昂贵。另外，记住千万不要用太阳眼镜，因为它们在这种情况下很难保护你的眼睛。

日食期间，除了人类它们也受影响

早在16世纪就有研究记录了日食是如何影响动物的。1544年的日全食期间，人们发现鸟类会停止歌唱。1932年的日食期间，新英格兰北部的人们发现蟋蟀停止了鸣叫，青蛙开始呱呱乱叫。在20世纪60年代和70年代，科学家们曾报告称，海洋中微小的对光敏感的甲壳类动物和浮游动物在日食期间会游到海面，类似于它们在夜间的反应。

2017年8月21日，美国密苏里大学专门对蜜蜂在日全食期间的反应进行了研究。研究人员在日食的路径上设立了监测点来监听这些昆虫的行为。他们发现，日全食期间蜜蜂完全停止飞行。当月亮完全遮挡住太阳，所有的一切都变暗时，蜜蜂会完全停止飞行并且保持沉默。安放在花丛中的麦克风一点声音都没有。当然它们的这些异常行为还有待科学家们探索。

关于日食的神秘传说

当日食发生时，地球陷入黑暗，人们就会产生各种各样的猜想和恐惧。因此，关于日食就有了许多不同的传说和迷信。在中国有着天狗食日的传说，人们为了吓走天狗，往往会跑到外面敲锣打鼓、燃放鞭炮，希望吓唬天狗让它吐出太阳来。而古代君王甚至把日食视作上天的一种警示，认为没有日食发生才会天下太平。

当然老外也不能幸免，有人认为是恶魔吞噬了太阳，也有人认为神灵抛弃了他们。比如说，玛雅人认为日食是一条巨蛇吞噬了太阳，匈牙利人认为太阳是被一只巨大的食日鸟吃掉了，西伯利亚人则认为是一只巨熊惹的祸。日食期间阿兹特克人也会爆发混乱，并且开始拿那些肤色最浅的人进行祭祀。所有的传说和仪式似乎都是为了赋予人们足够的勇气来面对这一神秘现象。

此外，许多文明都相信日蚀会影响怀孕，导致孕妇流产，并且生下身体畸形的婴儿，甚至这些婴儿会变成食肉的野兽。对于现代人来说，这些想法可能听起来有点极端，但在世界上许多地方，源自神话的一些仪式仍然存在。当然，这只是在缺乏科学解释的情况下，人类对这种自然现象产生了一种迷信。

日全食给历史带来的影响

日食曾经充当了一次和平使者。在公元前585年的春天，吕底亚人和米底亚人的两只军队正在争夺现在的土耳其那片土地，一场日全食阻止了他们之间的争斗。当日全食促使两个族群开始和平相处时，他们已经战斗了10多年。根据古希腊历史学家希罗多德的记载，敌对双方把日食理解为结束战争的预兆，而且他们立刻就这么做了。

日全食帮助爱因斯坦功成名就。1919年的一次日全食让美国人有机会检验爱因斯坦的广义相对论。1919年5月29日，当科学家们在非洲西海岸观看了日全食，他们借机测量了太阳附近的行星位置，并且计算了太阳质量导致的时空扭曲。这次观测证明了爱因斯坦广义相对论的正确,并使爱因斯坦成为一个家喻户晓的名人。

日全食促使美国和英国建立了合作同盟。1937年，随着第二次世界大战的临近，太平洋上的一个偏远岛屿――坎顿岛成为研究人员观测日食最有价值的地方。美国海军探险队和英国探险队共同驻扎在坎顿岛上。为了更好的观测1937年6月8日的日食并收集数据，美国人和英国人通过一场友好竞赛来争夺最有利的位置。在第二次世界大战期间，由于该岛靠近日本，两国建立同盟将这里作为共同的补给基地。

日食发生的频率和未来的日食

从公元前2000年到公元3000年，长达5千年的时间里，地球总计遭遇了11898次日食。其中日偏食发生了4200次，占比35.3%；日环食发生了3956次，占比33.2%；日全食发生了3173次，占比26.7%；混合型日食发生了569次，占比4.8%。

这相当于平均每年发生2.4次日食。事实上，一年中发生日食的次数可能是2到5次不等。几乎有四分之三的年份是一年发生了两次日食。此外一年内发生5次日食的几率是相当罕见的，上一次是在1935年，下一次将是2206年。虽然在一年内有可能发生两次日全食，但这种情况是相当罕见。发生两次日全食的年份包括了1712年、1889年、2057年和2252年，彼此之间都相隔一百多年。

错过这一次，我们还可以等下一次：

由于地理位置等诸多原因，许多人可能都无法亲临现场观赏这一天文学奇观。不必懊恼，我们可以等待下一次机会。这里就是未来几年内的5次日全食时间表：

日全食时间	类型	持续时间	可观测日全食的地理位置
2020年12月14日	日全食	2分10秒	北美洲南部，南美洲大部分地区和太平洋
2021年12月4日	日全食	1分54秒	澳大利亚南部，非洲南部，南美洲南部，太平洋，大西洋，印度洋，南极洲
2023年4月20日	混合型	1分16秒	南亚和东亚，澳大利亚，太平洋，印度洋，南极洲
2024年4月8日	日全食	4分28秒	欧洲西部，北美洲，南美洲北部，太平洋，大西洋、南北极圈
2026年8月12日	日全食	2分18秒	北美洲北部，非洲西部，欧洲

这么壮观的天文学景象，有机会的话还是亲身体验一次吧！

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