日全食降臨地球，在全食帶之外，能看到什么？

如何優(yōu)雅地觀測一次日食？

日全食：在全食帶之外的你，會(huì)看到什么？

相比起只持續(xù)短暫數(shù)分鐘的激動(dòng)人心的日全食，恰好出現(xiàn)在任意地點(diǎn)的人們可以更加悠閑地欣賞到一場日偏食。

一張展示了2024年4月8日的全食帶和各地日偏食程度的地圖。圖片來源：拉里·孔恩/陰影與物質(zhì)網(wǎng)在你的日歷上標(biāo)出2024年4月8日——“日食日”。假如天氣適宜，你將能毫無困難地在北美洲的大部分地方觀測到一場日偏食。在此期間，這場天象將會(huì)為南部與東部的一條狹窄區(qū)域帶來壯麗的日全食，在此期間，月球?qū)?huì)完全遮住太陽。這將是一場值得寫入遺愿清單的事件！

與此同時(shí)，位于全食帶兩側(cè)2600英里（4200千米）以內(nèi)的觀察者們將會(huì)看到一場日偏食。首先，月球?qū)?huì)在太陽的邊緣造成些許凹痕。凹痕來源于月球的剪影。在安裝了合適濾鏡的望遠(yuǎn)鏡里，月球上的環(huán)形山將會(huì)令它的弧形邊緣變得粗糙。隨著時(shí)間的流逝，凹痕逐漸變大變深，將太陽變成新月形。偏食期間，凹痕大致在太陽上由西向東地晃動(dòng)。

與只持續(xù)數(shù)分鐘的激動(dòng)人心的日全食不同，人們可以悠閑地從任意地點(diǎn)欣賞到日偏食。

日食期間，繪畫和照片可以記錄并展示月球穿過太陽表面的過程。月球有可能暫時(shí)遮蔽太陽的黑子。持有小型望遠(yuǎn)鏡的觀測者可以嘗試捕捉月球盤面接觸太陽盤面的第一個(gè)和最后一個(gè)瞬間。如此紀(jì)錄下的月球邊緣第一次接觸和最后一次離開太陽盤面的時(shí)間比日全食的開始和結(jié)束更不精確，但它們?nèi)匀缓苡杏谩?/p>

150年前的一名南極探險(xiǎn)家也許會(huì)仔細(xì)地為這些事件計(jì)時(shí)，以此抓緊機(jī)會(huì)更好地估算自己身處的地理經(jīng)度——在連續(xù)數(shù)月乘坐狗拉雪橇的旅行之后，身邊攜帶的精密時(shí)計(jì)已經(jīng)無法提供可以信任的格林威治時(shí)間。通過觀察1766年8月5日的那場日環(huán)食，著名探險(xiǎn)家詹姆斯庫克船長確定了這片新大陸附近一個(gè)離岸島嶼的經(jīng)度，與現(xiàn)代測量只相差22弧秒。

事件時(shí)間表

下圖中的表格提供了20個(gè)城市里可能看到的景象，以及日食開始、結(jié)束和達(dá)到最大值的時(shí)間。圖中的等級(jí)代表了太陽表面被月球遮住的比例大小。由此可見，對伊利諾斯州的芝加哥來說，94.2%的太陽會(huì)在午后被遮住。在火奴魯魯，日出后的一小時(shí)之內(nèi)日食的比例將達(dá)到本次的最大值，28.6%。在推算兩個(gè)城市中間的地區(qū)的數(shù)據(jù)時(shí)，當(dāng)?shù)貢r(shí)間將被轉(zhuǎn)換為同一時(shí)區(qū)，如果它們之前沒有完成這一切的話。

觀察者越接近全食帶，食甚時(shí)觀測到太陽被月球遮住的比例就越大。如表格顯示的那樣，辛辛那提的日食接近全食（0.993等），而朱諾城的月亮經(jīng)過時(shí)，只能遮住大約十六分之一的太陽（0.064等）。這兩個(gè)城市將分別在東部白晝的下午3時(shí)09分，和阿拉斯加白晝的早上10時(shí)33分迎來食甚。在列表上的所有城市之中，朱諾的日食持續(xù)時(shí)間最短，只有46分鐘。最長的日食持續(xù)時(shí)間將會(huì)出現(xiàn)在蒙特利爾和休斯頓市，持續(xù)2小時(shí)42分。

在大陸的西半部，食甚將在正午上午較晚時(shí)候降臨。而在東部地區(qū)，此次現(xiàn)象將發(fā)生在午后和下午之間，太陽高懸于天空的南方或西南方。

如果感興趣，可以觀看月球如何在北美洲上方一點(diǎn)點(diǎn)侵蝕掉太陽的奇妙動(dòng)畫演示。

日食效應(yīng)

許多古人曾經(jīng)被日偏食過程中太陽不尋常的形態(tài)所嚇倒，并相信太陽此刻是生病了、遭受到了攻擊或正在向觀測者預(yù)示兇兆。

如果你所在地區(qū)的太陽被日食遮蓋了至少80%，它看起來將是被延長了兩端的新月形。陽光將只從它邊緣的更紅的部分發(fā)出，地面上的總體光照將會(huì)趨于昏暗。如果你在距離全食帶110英里（175千米）之內(nèi)，月球?qū)?huì)擋住95%或更多的陽面。新月形的太陽將只有正常情況下10分之一的日照強(qiáng)度，然而，由于我們的眼睛會(huì)適應(yīng)變化的光照水平，它的效果看起來并不像聽起來那么顯著。

光照的強(qiáng)度不會(huì)比一個(gè)明亮的陰天更低。然而，光線也許會(huì)變得怪異。晴朗的天空將會(huì)變得更加純凈，呈現(xiàn)出異常的深藍(lán)色，將地面得景物映照出銀色或金屬色的質(zhì)感，略帶一些外星般的效果，就像火星上的晴天那般。氣溫也許會(huì)下降到可以感知這種變化的程度，涼爽的微風(fēng)也許會(huì)開始吹拂。

金星，一顆亮度為-3.9星等的行星，能夠輕易地在太陽右下方15度處被觀測到。你可以用手蓋住太陽并搜尋它。如果天空非常晴朗，甚至可以在太陽的左上角30度處觀測到-2.0等的、更加昏暗的木星。影子也會(huì)變得有些怪異——剩余的太陽的銀輝傾向于制造出更鋒利、更清晰的影子。

胡格里河畔，加爾各答天際線上，2022年10月25日，日落時(shí)分出現(xiàn)于印度加爾各答的日偏食。圖片來源：Biswarup Ganguly/Eyepix Group/未來出版，源于蓋蒂圖片社

注意：任何觀看日偏食的人必須極度小心，以免傷害他們的眼睛

任何時(shí)候注視太陽都會(huì)傷害你的眼睛，大部分人從不這樣做。日食的危險(xiǎn)是，它也許會(huì)促使人們直接注視或凝視太陽。很大一部分的日偏食是極其危險(xiǎn)的，不僅是因?yàn)樗鼈兒芪?，也因?yàn)樘柨傮w上變得昏暗，使凝視它變得不那么痛苦。

即使月球看起來遮擋了一部分太陽，剩下部分的表面亮度仍然和沒有日食的時(shí)候一樣。直視它可能會(huì)造成“日食盲”，一種在20世紀(jì)初期就已經(jīng)被認(rèn)識(shí)到的、悲劇性的創(chuàng)傷。記錄在冊的其中一個(gè)案例是，一名男子的眼睛因在裸露狀態(tài)下直視太陽30秒鐘而受傷。即使極短的一瞥也是不可取的。一些“日食盲”的受害者在數(shù)天或數(shù)周之后恢復(fù)了他們原本的視力水平，然而，剩下的人則終身忍受著他們視野中心的永久性模糊區(qū)域或盲點(diǎn)。

當(dāng)然，雙筒鏡或望遠(yuǎn)鏡會(huì)極大地加劇太陽造成失明的能力。在過去的數(shù)十年間，上百名粗心大意的人由于在沒有適當(dāng)保護(hù)措施的情況下觀看日食而經(jīng)受著永久性的視力缺陷。裸眼或直接使用望遠(yuǎn)鏡的觀測者，必須使用可以將光照強(qiáng)度至少降低到原本的100000分之一的水平的過濾系統(tǒng)。同時(shí)，過濾器必須要能有效阻擋觀察者們不能看到的紅外線與紫外線。

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不要通過薄云或霧霾觀測太陽，因?yàn)橥蝗缙鋪淼那缋士赡軙?huì)造成視網(wǎng)膜的損傷。（就算是在全食開始之前的最后一刻，也不應(yīng)該直視太陽。）在日食當(dāng)天之前先測試過濾器和觀測設(shè)備是一個(gè)好主意。

安全的觀測方法共有數(shù)種。其中一種是直接通過合適的太陽濾鏡觀看，例如#13方形焊工護(hù)目鏡（可以在焊接商店以5-6美元的價(jià)格買到）。通過這種類型的濾鏡，太陽看上去會(huì)是綠色的。你可以透過這種濾鏡來短暫的觀看日食。

在最壞的情況下，你可以買一副安裝在紙板框上的便宜的“日食眼鏡”，它們只花費(fèi)數(shù)美分。它們通常所使用的濾鏡由被稱為“黑色多聚體“的防劃痕材料制成，會(huì)使太陽的影像呈現(xiàn)橘色。另一種有時(shí)會(huì)用到的材料是被稱為美拉的涂有鋁保護(hù)層的滌綸薄片，看起來像是極其薄的鋁箔紙。通過這種濾鏡，太陽看起來是淺藍(lán)色。通過尋找印刷的“ISO12312-2“可以先證實(shí)你的眼鏡通過了技術(shù)認(rèn)證。

如果使用望遠(yuǎn)鏡，請將濾鏡緊緊地固定在物鏡（不是目鏡）的前面，使它不能被撞掉、被風(fēng)吹走或被手指刮走。不要通過任何其它材料觀看太陽，包括普通的太陽鏡，煙色太陽鏡或照相底片。它們會(huì)漏掉危險(xiǎn)劑量的不可見紅外線或紫外線。

一個(gè)戴著日食眼鏡的兒童正在觀測2023年10月14日的日環(huán)食。圖片來源：雷昂納多·阿瓦雷茲·赫那得茲/蓋蒂圖片社

投影是最安全的方式

另一種方法是使用未安裝濾鏡的望遠(yuǎn)鏡來把太陽的影像投射到一片白屏幕，或白色紙或紙板上。這種方法非常適合群體觀測。一個(gè)安裝在腳架上的望遠(yuǎn)鏡可以將大而清晰的明亮太陽圖像聚焦到目鏡背后的屏幕上。不要透過或順著望遠(yuǎn)鏡來觀看，同樣，也不要用超過數(shù)英寸的光圈。不然的話，高度的熱量可能會(huì)破壞儀器內(nèi)部的構(gòu)造。搜尋者和急切的觀測者必須遠(yuǎn)離目鏡。

在樹或灌木叢的陰影下，人們也許會(huì)發(fā)現(xiàn)大量被侵蝕的太陽形狀的光斑被投射在地上，它們是由于小孔成像的原理而形成的。將一只手和另一只手的手指相互交叉，在手指間形成小光圈，也可以在地上投下太陽的形象。甚至，草帽上的小洞也可以制造出無數(shù)個(gè)日食中的太陽的小投影。

2023年10月14日的日偏食，可以在太空網(wǎng)站的布瑞特·庭格雷的手指縫隙之間造出投影。圖片來源：未來/布瑞特·庭格雷

在一片紙板或鋁箔上鉆一個(gè)1毫米直徑的洞，就能在三英尺之外的白色表面上投射出一個(gè)足夠清晰的太陽圖像。在室內(nèi)，當(dāng)陽光穿過細(xì)小的空隙時(shí)，掛在朝南窗戶上的關(guān)上的威尼斯式窗簾可以制造出一排日食的投影。同時(shí)，在黑色遮光板上穿透出的一個(gè)小洞會(huì)在墻，地板或屏幕上投下可以調(diào)整大小的影像。這使不能出門的人也能欣賞到這次天象。

更加有效的方法是利用一塊平面鏡、一張遮住所有東西的紙（除了一個(gè)硬幣大小的圓點(diǎn)，深色的更好）來制作一個(gè)“小孔反射器”。平面鏡會(huì)被放在支架上，以此來將陽光反射到臨近的墻面上。和鏡子之間的距離每增加9英尺，這個(gè)影像就會(huì)變大一英寸。例如，在54英尺開外，太陽的投影將會(huì)有六英寸寬。利用這種方式反射出的太陽影像可以供一大群觀眾近距離觀察。擴(kuò)大紙上的洞會(huì)讓影像的亮度增加，但會(huì)讓它變得模糊?？s小的洞可以讓它更清晰，但會(huì)讓影像更昏暗。一大塊橡皮泥可以使平面鏡保持在任何一個(gè)角度上，并使它可以在太陽運(yùn)動(dòng)時(shí)重新對準(zhǔn)。

2017年8月21日，華盛頓特區(qū)，日食發(fā)生之前，一個(gè)女人正通過她剛在史密斯索尼婭的航空與航天博物館里制作的小孔日食觀測器看著天空。圖片來源：BRENDAN SMIALOWSKI/AFP源于蓋蒂圖片社

電視轉(zhuǎn)播

如果你無法出門去觀賞日食，或者天氣過分多云而不能看到太陽，唯一的選擇是通過電視觀看日食的直播。4月8日的日食極有可能會(huì)得到大量電視新聞媒體的播報(bào)，特別是在那些處于全食帶上的地區(qū)。不論你是否相信，在過去，許多父母會(huì)出于“安全原因”而阻止他們的孩子觀測日食的電視轉(zhuǎn)播，因?yàn)殛P(guān)于這些事件的可怕警告使他們感到疑惑。

如果你決定感受這次日全食

對于日全食而言，期待看到它的觀測者們可以通過之前的偏食階段來使自己的眼睛習(xí)慣黑暗，由此提高觀測的質(zhì)量。深色眼鏡也許會(huì)有幫助，想要更好的適應(yīng)性，可以用眼罩遮住一只眼睛，并在太陽完全被月亮遮住之后拿掉它。在二戰(zhàn)期間用于軍事目的的額外的紅色適應(yīng)性護(hù)目鏡也非常有用。

由于日冕層的表面亮度與滿月相當(dāng)，在全食期間，無論是裸眼還是使用望遠(yuǎn)鏡觀測，都不需要加任何濾鏡。然而，必須當(dāng)心全食結(jié)束之后陽光返回的那一刻（通常出現(xiàn)在鉆石戒指效果出現(xiàn)之后）的暴露。

喬伊·饒?jiān)诩~約的海登天文館里擔(dān)任決策員和客座講師。他為《自然歷史雜志》、《農(nóng)場主年鑒》和其它出版社撰寫關(guān)于天文學(xué)的文稿。

BY:Joe Rao

FY: 奈亞拉托離譜

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