關於日全食（二）各類日食都有幾個階段？日全食有哪些看點？

上一篇給大家解釋了日全食真的很罕見，接下來就要解釋日全食有多壯觀。其實普通人稍加想像也能明白：「光天化日」之下，你如往常一般漫步在街上，突然，天色驟暗，你正詫異，明明沒到黃昏時間，已經如同在夜晚一般。當你惶恐地抬頭望向天空，只見太陽已化作黑色的圓盤，周圍有一圈和滿月差不多亮的詭異的光芒在跳動，四周能看到點點星辰。正當你驚呆之時，你已感到身上有些寒意。當你沉浸在這「寒夜」中，還沒緩過神來，天空又開始明亮起來，霎時間恢復如初。

　　以上，是在日全食的時間，全食帶內會出現的景象。即使是一個事先不知道會發生日全食的人，也不會毫無感覺。幾分鐘之內，「晝夜」交替，誰能不印象深刻？

　　當然，如果你事先知道了日全食，做好準備，在特定的時刻，注意看特定的地方，還能看到更多有趣的東西。

　　有人會說：等等……你先別說更多有趣的東西，我幾年前就看過一次日全食呢，哪有什麼天昏地暗的，走在街上不抬頭都不會注意到呢。

　　那你看到的只是一次日偏食。

　　可是新聞上說是日全食啊，怎麼只是日偏食呢？

　　請複習一下我的上一篇文章，這裡詳細解釋了這個問題。

　　在詳說日全食的「更多有趣的東西」之前，我們必須知道日食有幾個階段，因為這些東西都只出現在特定時刻，錯過了時間，就看不到了。

一、各類日食都有幾個階段？

　　讓我們再次進入數學課。圖中有個定圓（實線）和一個從右向左移動的動圓（虛線），動圓的半徑大於定圓，且存在某個時刻，定圓完全在動圓內。請問：兩個圓總共相切了幾次？

　　沒錯，答案就是4次。也就是上圖中虛線圓在紅、橙、綠、藍的4個位置。這是日全食的4個關鍵時間點。

1. 紅色位置：月球和太陽第一次外切（當然，實際的三維空間中它們根本沒有接觸，是我們從地球上看到它們的視圓面相切）。在這個時刻，太陽還是完整的，和平時沒有區別，但從此開始太陽就要缺一個角了。
2. 橙色位置：月球和太陽第一次內切，這時進入月球把太陽完全遮擋住的階段。
3. 綠色位置：月球和太陽第二次內切，月球把太陽完全遮擋住的階段結束。
4. 藍色位置：月球和太陽第二次外切，太陽恢復成和平常一樣的圓形。

　　知道了這4個時間點，就可以知道一次日全食的基本過程：

　　在第1、第2個位置之間時，太陽的一部分被月球遮擋，你看到的其實和日偏食一樣，因為太陽還有一部分光照到你身上。天空變黑，天上出現星星什麼的，這一階段都是沒有的。如果事先不知道有日食發生，在這一階段你很可能察覺不到發生了什麼。

　　在第2、第3個位置之間時，太陽完全被遮擋。此時，太陽光照不到你了，本文最開頭描述的內容，都是在這一階段發生的，這也無疑是日全食幾乎全部的精華所在。正是這一階段讓日全食比日偏食壯觀許多倍。

　　在第3、第4個位置之間時，和第1、第2個位置之間類似，好像剛好把上面的過程倒過來一般。

　　這4個位置，英語中通常用C1、C2、C3、C4表示，C代表Contact（相切），日語翻譯也簡單粗暴，分別叫欠け始め、皆既食のはじめ、皆既食の終わり、欠け終わり。而中國歷史上就看重日食，早就有形象地描述太陽變化過程的名詞，分別叫初虧、食既、生光、復圓，聽起來文縐縐的。（感謝 @趙雪冰 指出，中國沿用了古代已有的名詞）

　　還記得上一篇講的，「太陽和月亮在天上的大小差不多」嗎？因此，即使是日全食，月球看起來也不會比太陽大多少，上圖中的月球其實畫得還是比通常的日全食更大一些。因此可以想像，初虧到食既，以及生光到復圓的過程相對很長，而日全食最精華的食既到生光階段，時間非常短。一般的日全食前者會分別持續一個多小時，而後者平均為2~3分鐘，最長不過7分鐘多一些，最短几秒的也有。

　　除了這4個時間點，日全食預報時，通常還會說第5個時間點。這是太陽和月球兩者圓心最接近的時刻。

　　上圖中實線圓表示太陽，虛線圓表示不同時刻月球的位置。當月球在紅圓的位置，圓心在紅點處時，兩者圓心最接近。這個時刻稱為Maximum eclipse，日語譯作「食の最大」，漢語沿用古代名詞食甚。

　　這5個時刻，就是日全食預報中通常會給出的時間點。

　　類似地，日環食也有這5個時刻。日偏食則沒有食既、生光，預報中只有其餘3個時刻。如下圖：

　　大家已經可以想像，日環食和日偏食都沒有任何一個時刻，太陽被月球完全遮擋，因此在整個過程中天空都是亮的，事先不知道有日食的人，可能感覺不到日食已經發生。因此日環食和日偏食也都不如日全食壯觀。此外，細心的人也許已經發現了，「食既」和「生光」兩個詞描述日環食並不貼切，但漢語中就這麼沿用了日全食的說法。英語直接說C2和C3，就沒有問題。

二、日全食有哪些看點？

　　有了上面的基礎知識，討論日全食的看點時，描述起來就能輕鬆得多。

1.日冕和日珥

　　太陽的大氣自內而外，分為光球、色球、日冕。平時我們看到的太陽，是它的光球層。色球和日冕層看不到，是因為它們比光球暗得多，淹沒在了光球層耀眼的光芒中。白天看不到星星，也是同樣的道理。

　　日全食的食既到生光階段，光球層被月球遮擋，沒了耀眼的光球，外面兩層就能看到了。日冕能夠延伸2倍太陽半徑以上，色球層呈紅色，當太陽活動強烈時，會噴出氣流，稱為「日珥」，據說是形似耳朵，因而得名。

　　上圖中白色的部分就是日冕，而點點紅色就是日珥。據看過日全食的人說，日冕的亮度與滿月相當。而且有一點在照片上體現不出來，日冕是流動的，你能看到它在太陽周圍不停地舞動。

　　在日全食時能看到這樣的日冕和日珥，還得感謝月球和太陽精巧的位置和大小比例，正如上一篇所說，如果月球看起來比太陽大得多，就把日冕層整個都遮住了。

　　有人會問：在沒有日全食的時候，我拿硬幣把太陽的光球層擋住，能不能看見日冕和日珥呢？

　　答案是不能。原因在於地球的大氣層。太陽光在大氣層內不停地散射，你把正對著太陽方向的陽光遮擋了，周圍的光線還會進入你的眼睛。在白天你遮住了太陽還是看不到星星，也是同樣的道理。月球是大氣層外的物體，這裡的光不會散射，因此在它的本影內，光球的光被完全遮擋。

　　聰明人已經想到了，如果在大氣層之外的太空中，用硬幣遮住了光球，就能輕鬆地看到日冕和日珥了。1930年發明的日冕儀，通常也都用在大氣散射較小的高山上觀測。發明日冕儀之前，觀測日冕的唯一機會就是日全食。

2.貝利珠

　　月球是什麼形狀的？相信很多人都會回答球形。但月球是個完美的球形嗎？不，也有高低起伏的山脈、峽谷、隕坑。因此在食既和生光兩個時刻前後很短的時間內，日月兩個圓幾乎相切，月球邊緣的起伏把太陽光分割成一串小點，像珠子一般。為紀念最早發現並正確解釋這一現象的英國天文學家弗朗西斯·貝利（Francis Baily），後人稱其為「貝利珠」。

3.影帶

　　影帶（Shadow bands）是在日全食的食既之前和生光之後的短時間內在地面上出現的明暗交替的流動的波浪線。它的成因目前沒有很好的解釋，一般認為由地球的大氣造成。影帶的拍攝也非常困難，似乎至今還沒有人拍到的影帶照片或錄像能較好地還原目視效果的。

4.額外收穫

　　食既到生光期間，陽光被完全遮蔽，所以我們能像夜晚一樣看到天上的星星。有時，天上會有一些特殊的星星。1997年3月9日的日全食就是個經典的例子，日全食期間，海爾-博普彗星（Comet Hale-Bopp）同時閃耀在天空。這顆彗星在1995年被發現，1996年夏天開始達到肉眼可見的亮度。當它過近日點，也就是最接近太陽的時候，亮度超過了除天狼星外夜空中所有的恆星。很長一段時間內，它都能在燈光明亮的城市中憑肉眼看到，是自1975年以來最亮的彗星。

　　1996年年底至1997年年初，該彗星因為接近太陽，出現在地平線上的時間中很大一段在白天，只能在日落後的短暫時間內看到（其實娥眉月也是如此，例如農曆初三的月亮，在日出後約2小時升起，日落後2個多小時落下，其中大部分在白天，因陽光強烈而看不到，只有日落後的2個多小時才能看到，知道這一點的人意外地少）。1997年3月9日，包括中國最北端漠河在內的中國、蒙古、俄羅斯的部分地區被全食帶覆蓋，太陽光被遮蔽後，明亮的海爾-博普彗星就出現了。可惜當時攝影條件和人們的經驗都不足，沒能拍下二者同時出現的照片。

　　這麼看來，食既和生光前後是日全食的關鍵節點。食既之前，記得看影帶、貝利珠，然後天色變暗，中間幾分鐘可以用來欣賞日冕和日珥，還有天空中的星星，時間多的話，還可以拍一些有創意的照片。當然，不建議第一次看日全食的人費太多心思在拍照上。食既到生光的時間很短，你的心情又往往太激動，很可能折騰好久也沒拍出滿意的照片，自己的雙眼也沒看夠，那就太遺憾啦。生光之後，又會出現貝利珠、影帶。生光到復圓的過程，很多人往往已經不耐煩了，畢竟日全食的精華已經結束了。

　　既然食既和生光的時刻如此關鍵，怎樣才能知道它們的具體時間呢？同樣是在上一篇裡面提到的全食帶疊加在Google地圖上呈現的兩個網站。點擊地圖上的地點，就能看到當地的日食時間。例如，點擊全食帶內的一個地點：

　　C1、C2、MAX、C3、C4是什麼意思，相信大家都知道了吧？從這個時間也可以看出，初虧到食既，以及生光到復圓，這兩段像日偏食一樣的過程分別有1個多小時。而日全食幾乎全部的精華，都集中在食既到生光的幾分鐘內。

　　需要注意的是，上圖中標了「Time (UC)」，意味著這裡的時間是世界時，即零時區的時間。在國外的人應該都有計算時差的經驗，這裡就不多說了。

　　除了日全食之外，點擊全食帶外的地點，也可以看到日偏食的時間。正如上文所說，日偏食沒有食既和生光：

　　當然，如果你點擊一個連日偏食也看不到的地點（例如中國的任何地點），那就會顯示NO VISIBLE SOLAR ECLIPSE啦。

　　最後不能少的安全警告：除了日全食的食既到生光階段，以及日出、日落時刻之外，不能用肉眼直視太陽。肉眼觀看請使用日食眼鏡，用望遠鏡觀看或相機拍攝時，請使用巴德膜（一定要放在物鏡端），這在網上都能買到。不要使用X光片、熏黑的玻璃等自製「工具」，它們過濾掉的光不夠多。當然，日全食的食既到生光階段請記得摘下日食眼鏡或巴德膜，否則就什麼也看不到了。

　　日全食如此壯觀，是眾多人心目中「天文遺願清單」的第一位，日環食、日偏食都達不到這樣的地位。而且日食的時間、地點以及其自身的許多細節都能精確預測，因此很多人都成了追逐日全食的eclipse chaser。全食帶雖窄，跨度還是挺長的，究竟選擇在哪裡看日全食才是最好的呢？請不要急，下一篇我就來講。

　　附加題：

1. 日食發生時，地球上哪個方位的人先看到？月食呢？
2. 日食發生時，太陽的哪個方位最先開始殘缺？月食呢？

　　（絞盡腦汁也想不出答案？那就實際看一次吧！）

本系列前後文章：

關於日全食（一）很多人以為看過日全食，其實只是遜色得多的日偏食

關於日全食（三）在哪裡看日全食更好？日全食有「最佳觀測點」嗎？

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