第六节 日食
第六节 日食
如果月球恰好在黄道面上运行，就会在每次新月之际通过日面。然而，由于其轨道面是倾斜的，这一点在前面的章节已经讲过，月球只有在太阳恰好接近其中一个黄白交点时才能真正通过日面。而当这一现象出现时，倘若我们在地球上恰当的位置，就可以看到日食，如图22所示。
假设月球通过日面，第一个问题便是月球是否可以在我们的视线中将太阳完全遮蔽。这个问题不取决于两个天体的实际大小，而取决于它们的视大小。我们知道太阳的直径是月球直径的400倍，而且太阳与地球的距离也是月球与地球距离的400倍。于是出现了一个奇怪的现象，两个天体在视觉上几乎一样大。有时月亮看起来稍微大一些，有时太阳看起来大一些。前一种情况月亮可以完全遮住太阳，而后一种情况就不能了。
图22 日食形成示意图
月食和日食的一个重要不同之处是，前者在任何能看得到的地方永远都是一样的，而日食则取决于观测者的位置。最有趣的日食是月球的中心恰好与太阳的中心重合，称为中心食（central eclipse）。要看到中心食，观测者必须处在两个天体中心点的连线上。此时，如果月球的视大小超过太阳的视大小，月球就能在视线中完全遮住太阳，此刻称为日全食。
如果太阳看起来大一些，形成中心食的时候月球漆黑的球体外面将包围一圈太阳的光环，这种中心食称为环食（annular eclipse），如图23所示。
图23 日环食全过程
太阳和月球中心点的连线沿地球表面掠过，可以用一条线在地图上画出其轨迹。这种标有日食的区域和路线的地图出现在天文星历中。日全食和日环食发生在太阳和月球中心点连线南北两边几英里的区域内，到目前为止从未超过100英里。在这个区域之外只能看到日偏食，即月球部分遮住太阳的日食。在地球上太远的地区则根本看不到日食。
美丽的日全食
日全食是大自然的视觉盛宴之一。要看到最佳观赏效果应该站在地势较高的地方，视野尽可能开阔，可以环顾周围很远，特别是要在正对月亮的方向。最先看到的不同寻常的迹象不是在地球上或空气中，而是在日面上。在事先预测的时刻，太阳西边的轮廓上出现了一个小缺口。这个缺口分分秒秒都在增大，逐渐将眼前的那个太阳吃掉了。难怪没有开化的人们看到这个巨大的发光体就这样消失了会幻想有一条龙正在吞吃太阳。
一段时间过去了，也许是一个小时，除了行进中的月亮遮蔽的日面越来越大，看不到其他什么。在这段时间里，如果观测者站在一棵树旁，太阳光穿过树叶的间隙照在地面上，将会看到很有趣的情形：太阳散布在地面上的小影子会出现日偏食的形状；很快太阳看起来就像一轮新月了，只是“新月”的形状不是越来越大，而是分分秒秒都在变小。我们的眼睛已经适应了逐渐微弱的光线，直到新月变得非常小我们才察觉天色暗了。如果观测者有一个带有深色玻璃用于观测太阳的望远镜，此时将是观测月亮上的山体的绝佳时机。太阳完整的边缘依旧柔和而整齐，而新月的里面由月球表面形成的边缘则粗糙而凹凸不平。
当新月即将消失的时候，崎岖的月球表面上一直向前推进的山体也将到达太阳的边缘，只留下一行光的残迹和光点，在月球表面的凹陷处闪烁。这种景象只持续一两秒钟便会消失。
现在眼前呈现出一幅壮丽的景象。天空晴朗，太阳当空，我们却看不到太阳。本应是太阳所在的地方挂着漆黑的月球，像往常一样在半空中。月球外面包围着一圈灿烂的光辉，放射出圣洁的光芒。这就是日冕，在关于太阳的章节中已经述及。尽管日冕的亮度肉眼足以看清，但是用低倍望远镜看效果最佳，甚至普通看戏用的小望远镜可能也够用。用高倍望远镜只能看到一部分日冕，反而丧失了最佳效果。就目前谈及的观测效果，放大率为10倍或12倍的普通小望远镜比最大的望远镜更好。这样的仪器不仅可以看到日冕，还可以看到所谓的日珥——好像奇异的粉红色云朵从黑色的月球上四处跃起。
古代日食
值得注意的是，尽管古人熟悉日食现象，完全认识了日食，非常清楚其成因，甚至推算出其发生规律，然而在古代历史学家的著述中却鲜有这些现象的具体记述。古老的中国编年史时常记载某省份或某城市附近于某时发生了一次日食，却没有详细描述。不久前，亚述研究者解读出古代石碑上的一句话，意思是公元前763年7月15日在尼尼微出现了一次日食。我们的天文表证实在那一天的确有一次日全食，其间尼尼微以北100英里甚至更远的地方都笼罩在阴影之中。
或许最著名的古代日食是泰勒斯（Thales）日食，关于这次日食的论述最多。其主要历史依据是希罗多德（Herodotus）的一段记述，是说吕底亚人（Lydians）和米底人（Medes）发生战争时，白昼突然变成黑夜，两军于是停火并迫切希望彼此达成和平条约。据说泰勒斯曾对希腊人预言过这种天象，甚至说了发生的确切年份。我们的天文表证实公元前585年的确发生过一次日全食，与提到的那次战争的时间非常接近，但是我们现在已知那次日全食产生的阴影直到日落才能到达那场战争发生的地方，因此对其仍有质疑。
日食预测
日食的发生有一个奇怪的规律，古时就已知晓。其依据是，历时6 585天8小时或者18年零11天，太阳和月球回到与此前几乎相同的位置，这个位置是个相对位置，是相对于月球轨道交点和近地点而言。这个时间段称为沙罗周期。一个沙罗周期结束之时各种日食开始重现。例如，1900年5月出现的日食被认为是发生在1846年、1864年和1882年的日食的再现。但是，当一次日食再次出现时，在地球上的同一地点却看不到了，这是缘于周期中整数之外的8小时。在这8小时中，地球自转了1/3圈，致使能看见日食的区域发生了变化。每一次日食发生时，能看见日食的地点都在前一次能看见日食的地点的西面，相距1/3球面的距离，或经度相差120°。经历三个周期之后日食才会在几乎相同的位置上出现。与此同时，月球的运动路线也发生了改变，因此阴影覆盖的区域也会发生南移或北移。
有两个系列的日食以全食持续时间长著称。其中之一是1922年9月21日发生的那次，1940年10月1日出现在南美洲的日食是它的再现，全食持续了大约6分钟。
另一个更加引人关注的是1901年5月11日那次日食所属的系列，在整个20世纪，它每次发生，全食的持续时间都会变长。1937年、1955年、1973年全食时长超过7分钟。日全食的最长时间是7分半钟。
日冕
日全食最美之处在于日冕，也只有在日食时我们才能看到日冕。日冕是太阳外围一种柔和的光，当全食发生时会突然显现，当全食结束便消失了。通过天文照片能观察到日冕结构复杂，而且它的形状会随着黑子数量的变化发生改变。
差不多和太阳黑子数量最多的时间同期，从太阳各个位置观察到的日冕大小都差不多。它就像太阳这个圆盘上一朵盛开的天竺牡丹，向圆盘外均匀地散开花瓣。日冕的特征是暗色的流光和红色的拱门似的凸起。
到了太阳黑子最少的时间，日冕集中到两极，像从极地射出的穗子，向着太阳的赤道弯曲。这种景象很像我们观察到的磁铁吸附铁屑的样子。日冕还有另一个值得注意的特点，它的长长的流光会在太阳赤道附近展开，像鸟的翅膀。
如果只是当作美景来欣赏，日冕无疑是天文现象里最佳的一种，可惜它对天文学研究没有什么帮助。的确，日冕看上去非常稀奇，在稀少的观察机会中只是短暂出现。但是在过去的100年里，我们拍摄了大量日全食的照片，足以供应长期的研究。目前，这类研究取得的进展乏善可陈，实在不足以回馈研究团队花费的时间、精力、金钱，为了进行研究，他们常常要长途跋涉。日冕到底能不能向我们提供某些重要信息，没有人知道。
图24 日冕
