日环食在夏至精彩上演

王科超

4月8日凌晨，2020年最大满月现身天宇。如果你错过了这次的“超级月亮”，2020年还有更值得期待的奇特天象。

根据我国唯一的历书编算机构——中国科学院紫金山天文台的计算，北京时间2020年6月21日5时44分，我国将迎来农历二十四节气中的“夏至”。与这一天相伴的是，精彩的日环食也将在天穹上演。夏至与日环食二者相遇，可谓百年难遇。让我们赶紧提前了解一下吧。

夏至的来历

夏至这一天，太阳直射北回归线，北半球的白天最长，夜晚最短。从赤道由南向北，白天太阳出现在天空中的时间越来越长。到了北极圈以内，太阳会一天24小时挂在空中，这就是我们所说的“极昼”。而在南半球，情况正好相反，南半球的居民将经历白天最短而夜晚最长的一天。南极圈以内，太阳终日躲在地平线以下，这就是“极夜”。

夏至这一天还有一个明显的现象：在北回归线以北的地区，正午时分的太阳最高，地面物体的影子最短。而在北回归线上，夏至正午的阳光是从天顶直射下来的，所有竖直的物体都会出现“立竿无影”的有趣现象。古时候，人们很早就发明了圭表这样的仪器来观测正午太阳的日影长度，以此来确定包括夏至在内的二十四节气，并据此制定历法。在位于南京的中国科学院紫金山天文台紫金山园区内，就保存着一架明朝时期（公元1442年左右）的圭表。纵然时光交错，这架古天文仪器却依然一如既往地测量着节气的步伐，告知我们夏至的到来。

人们还曾因夏至的特殊现象而有了巨大发现。在古希腊时期的托勒密王朝，亚历山大图书馆馆长埃拉托色尼发现，夏至正午，塞恩城（今埃及阿斯旺）中竖立的物体是没有影子的，并且阳光可以直直地射进水井的底部：而在亚历山大城，竖直的方尖碑却会投下影子，通过测量方尖碑影长，埃拉托色尼得出亚历山大太阳天顶距为7.2°。他认为这是因为地球是个球体，两地所在的纬度不同造成的，两地之间的距离便对应地球7.2。的弧长，即地球周长的1/50。因此他请人步行测量了两地距离为5000希腊里，于是得出地球周长25万希腊里（约合39625千米）。这与地球的实际大小误差不到1%。这是人类第一次知道地球的近似大小。

紫金山天文台内的明代圭表。

夏至原本是地球与太阳之间的“约会时间”，可是2020年，地球的小跟班——月球也来凑热闹了。这一天，月球刚好运行到了地球和太阳之间，把影子投在了地球上面，这样一来，夏至日环食的精彩大戏就在天空上演了。

夏至日太陽直射北回归线。

日食的真相

月球在围绕地球运转的同时，也随着地球绕太阳转动，所以太阳、地球、月球这三者在天空中的位置也时刻在变化着。当月球远行到太阳和地球之间，三个天体恰好或几乎成一条直线时，太阳的圆面就会被月球部分或全部遮蔽，这种天象称为“日食”。太阳的一部分被遮蔽，叫作“日偏食”：全部被遮蔽的是“日全食”。有时候月球离地球较远，月球看上去会比太阳小，这时月球就不会完全遮住太阳，但可以遮住太阳的中心部分并在其周围留下一个光环，这样的日食就被称为“日环食”。

埃拉托色尼测量地球大小示意图。

也许大家会问，太阳不是比月球大很多吗？为什么太阳还会被月球遮住？其实，要看月球能否遮住太阳，比的不是它们的实际大小，而是它们的视角大小。同一物体离得越远，它的视角就越小，也就是近大远小的道理。所以才有“一叶障目”的说法。大家不妨可以做一个小实验来验证一下：闭上一只眼睛，伸出一只手指放在睁开的眼睛前面，然后让手指在眼前前后移动，你会发现手指越靠近眼睛，被遮挡住的远处物体就越多。手指距离眼睛越远，被遮挡住的远处物体就越少。

不是每个月都有日食或月食的。

太阳比月球大400倍左右，但是日地距离也是地月距离的400多倍，这样一来，两个天体的大小看起来就差不多了。但是月球绕地球转动的轨道是非标准椭圆状，地球与月球间的平均距离约为38.4万千米，近地点距离最少会小于35.7万千米，远地点距离最多可以超过40.7万千米，因此月球在近地点时要比在远地点时看上去大14%左右。而太阳与地球之间的距离变化相对不超过4%，这样一来月球的视角就会时而大于太阳，时而小于太阳了。

观测早知道

日环食发生的时候，明亮的太阳中心部分被月球遮住，边缘的部分犹如一枚戒指散发着光辉，这一奇特的天文美景值得大家期待。那么，这次日环食可以在我国哪些地方，又是什么时间可以看到？我们又该怎样观测呢？

2020年6月21日日环食中国见食图（北京时间）

其实只有处在环食带里的人们才可以看到精彩的日环食天象，环食带两侧只能看到食分越来越小的日偏食，或者根本看不到日食。这次日食的环食带只有几十千米宽，环食带从刚果民主共和国北部开始，经过中非、埃塞俄比亚、沙特阿拉伯、印度、中国，最后在北太平洋西部结束。在我国，环食带经过西藏、四川、贵州、湖南、江西、福建和台湾等地。

2020年6月21日日环食（世界时）

某地所见日食的食分定义为食甚时，太阳被月球遮住的视直径与太阳视直径之比，以食分的大小可看出日食发生时太阳被遮掩的程度.

日环食（许军拍摄）

  日环食的整个过程（中国科学院紫金山天文台科普部拍摄于云南姚安）

除了不同地区看到的日食食分有差别之外，日食发生的时间也有差别。日食总是自西向东依次发生的。以中国西部的四川省理塘县为例，此次日食的初亏时间是13：53，此时月球从太阳的右侧一角开始逐渐遮挡太阳，太阳出现残缺;环食开始时间是15：35，此时月球已经全部进入太阳圆面之中，太阳边缘部分仍然可以看到：环时结束时间是15：36，月球开始离开太阳圆面：复圆时间是17：04，太阳完全复圆。而位于中国东部的福建省厦门市，以上节点开始的时刻依次是14：43，16：10，16：11，17：24。大家如果想要查看自己所在地的见食情况，可以登录紫金山天文台历算组的官网（http：//almanac. pmo. ac.cn/20200621rhs. htm）查询。

最后需要提醒大家的是，觀测日食的时候一定要采取减光措施保护眼睛。肉眼可以透过日食眼镜来观测，而利用望远镜观测日食的时候，更是要在望远镜前加上巴德膜等滤光装置之后再观测。没有这些设备也没关系，大家可以利用小孔成像的原理，制作一个小小的投影仪，在纸板上观看太阳的投影;亦或走在树荫下，观看阳光透过树叶的缝隙后，在地面上留下一片随风舞动的“小月牙儿”，也是非常不错的体验。