【日全食多少年出现一次】今天科学家给你看日食

制作：科普中国

制作：左文文(中国科学院上海天文台)

主任：中国科学院计算机网络信息中心

今天你在那里出太阳了吗？如果出来的话，说不定能看到日食！

12月26日，日全食天象即将上演，但由于此次循环带不经过我国，我国部分地区可以观察到日全食。

2019年12月26日中国主要城市遭遇日食情况。表资料来源《中国天文年历》

不在票上的伙伴也不要伤心。明年6月21日，中国国内将会享受到罕见的日食。

快点用小编和科学复习一下日食姿势。文末有直播链接。

四种日本料理，你见过多少种？

当月亮在地球和太阳之间移动时，如果三者正好在一条直线上，月亮就会挡住太阳照射在地球上的光线，月亮背着太阳的方向会出现阴影。这叫做月影。月影扫过地球的地区，路过的太阳被月亮遮住了，这叫日食。

日本料理，大本营，半影示意图，图片来源：

月光分为大本营、反映、伪大本营。本营(umbra)是指不接收太阳直射光线的地方。因为在空间上是圆锥形的，所以被称为本英秋。斑岩部(penumbra)是仅作为太阳光的一部分接收直射光线的区域。伪本英是指本英锥收敛一点后继续延伸的椎体。

根据观察者在月影中的具体位置，观察者看到的日食主要分为四类。今天是偏食、日全食、日食、转换仪式。

日偏食：地球的观测者在月球半影地区时，看到日偏食，太阳的一部分被月球遮住了。偏食发生在悲剧区，通常在地球的部分地区可以看到其他的植像，如日全食、日食和日环食。像今天一样，中国可以看到很多日食，沙特阿拉伯的部分地区可以看到日食。

日全食：太阳平均直径约为月球直径的400倍，日地平均距离约为月球平均距离的400倍，因此在地球轨道上，月球本影的大小正好可以遮住太阳，从而产生日全食。这种情况通常发生在月亮靠近的时候，所以月亮的本影可以扫过地球表面。观测者在月球大本营范围内时，可以看到日全食。在半影范围内的观察者可以看到日食。

日食：当月亮在很远的地方时，月亮的本英秋无法到达地球，月亮的本英秋延长形成的假本英秋横扫了地球的部分地区。这时，月亮看起来比太阳小，所以在仿本阴影地区的地方看到太阳，中心会被遮住，周围会看到发光的光晕，即日食。

转换式：除了日全食、日食外，还有因巧合而发生的日食——转换式。那个月的地面距离正好是日地距离的1/400左右时，月亮的本影丘顶点可以到达地球，全蚀台两端有假影。(阿尔伯特爱因斯坦，Northern Exposure，季节名言)随着地月的相对运动，在本影子圆锥顶点附近的地区可以连续看到日食、日全食和日食，因此被称为观看过渡仪式。(圣雄甘地，日全食，日全食，日偏食，日偏食，日偏食，日偏食，日偏食。)

半影、日偏食、伪食、日偏食的示意图、图片来源：

日食走五步，偏食只能看到三步

日食过程分为超损失、餐具、食道、生光和复原。

第一次损失意味着，当月球东边缘与太阳西边缘“接触”(外接)时，就是日食的开始。食物是月亮东边缘刚与太阳西边缘相接时日全食或日食的开始。吃是指月球中心离太阳中心最近的时刻。生光是指月亮的西边缘与太阳的东边缘相接时，日全食或日食的结束。复原是指月亮的西边缘和太阳的东边缘互相接触时日食的结束。

照片来源：veer画廊

在日全食过程中，在同一个地区可以看到从超赤字到恢复持续几个小时，最精彩的部分从食物到生光，持续时间从几秒到7.5分钟不等。在21世纪最长的日全食中，这部分阶段为6分39分钟，发生在2009年7月22日。

相比之下，月食最多可以持续3小时40分钟。为什么有这么大的差别？从视觉上看，日全食持续时间取决于月影和日面的相对大小，月蚀持续时间取决于地影和月面的相对大小。日全食发生的时候，从月影第一次接触到的那天到完全离开的那天。

面所需时间不长，是因为我们看到的月影大小和日面大小相差不大。而发生月全食时，地影相对月面较大，从而在相当长的时间里，月面笼罩在地影的“侵蚀”中。

日环食过程中，同一个地区能看到从初亏到复原的时长能持续约3个小时，而能看到从食既到生光的时长从1秒钟到12分钟以上不等。

而对于日偏食过程，只能看到初亏、食甚和复圆三个过程，同一个地区能看到从初亏到复原的时长能持续几个小时。12月26日，北京地区看到的日偏食天象从初亏到复原，持续时间1小时45分钟；上海地区看到的日偏食天象从初亏到复原，持续时间2小时25分钟。

这次日食，你能看到什么？

如果你处在环食带中心线上，则能看到月亮与太阳同心、也即能看到等宽的同心圆环。如果你仅在环食带内而没在中心线上，看到的是偏心圆环。如果你处在环食带以外、日食带以内区域，看到的则是日偏食。

2019年12月26日日食带的分布，图片来源：

日环食地区：

简单地说，就是太阳被一点一点“吃”掉，成了一个亮环，接着又被一点一点“吐”出来的过程。

如果当天阳光灿烂，能看到太阳突然间被一个黑影遮挡住，黑影不断在扩大，感觉黑夜要来了。当太阳只剩下一个小月牙形时，天色暗淡，一直持续至太阳完全被黑影遮住。暗淡是暂时的，慢慢地月影向东移出，太阳慢慢露出光芒，直至恢复日食之前的样子。

日环食最精彩的一幕当属食甚时分的这枚“钻戒”图片来源：Smrgeog，2012年5月20日拍摄

日偏食地区：

日偏食能看到什么，取决于食分是多少。食分指日面直径的被遮挡部分与太阳直径的比值，食分等于0.5表示日面直径被遮挡了一半。如果食分过低，难以肉眼看出太阳的大小和视亮度在发生变化。只有食分较大时，才能肉眼看出变化。

为啥新月月月有，但日食却不常有？

不难发现，日食对应的月相是新月。新月月月有，但日食却不常有。地球上每年都会至少出现2次日食(日偏食、日环食或日全食)。每年最多出现的日食次数是5次。在过去的5000年中，只有25年中有5次日食。

为什么日食不常有呢？因为日食的发生要求太阳、月球和地球三者处在同一条直线上。假想一个以地球球心为中心、半径无限大的球，称作天球，所有的天体都位于天球面上。月球在天球上移动的轨道面（白道）和太阳在天球上移动的轨道面（黄道）并不在同一个面上，而是存在约5度的夹角。发生日食需要满足一个苛刻的条件：月球和太阳均处在白道和黄道的交点附近。

此外，发生日食，并不意味着你就能看到日食，因为能看到日食的区域是有限的，没有处于日食带的区域是无缘观看那次日食的。对于同一地点来说，出现日全食的几率大概为每300到400年出现一次。

上一次在中国境内能看到的日全食要追溯到2009年7月22日，下一次是十六年后的2035年9月2日。对于日环食，在中国境内能看到的上一次日环食是2012年5月21日，下一次是2020年6月21日，如果错过下一次，就要等到2030年6月1日。

还有一个小知识值得和大家分享，通常一次日食发生之前或之后约两周有另一次月食的发生。就拿这次日环食来说，两周之后，1月10日会发生半影月食现象，当然半影月食发生时，月球亮度变化不明显，很难肉眼察觉出来。

科学家看日食是看什么？

对于大众来说，日食是值得欣赏的天象。但是对于天文学家来说，日食，特别是日全食的科学观测价值很大。

由于月球的遮挡，使得原本难以观察的太阳外层——日冕层得以露出真面目，对于太阳研究有着重要的意义。日全食阶段，我们可以看到平时难得一见的水星，是寻找水星轨道以内的小行星的好机会。

日全食还提供了良机去验证广义相对论的预言之一——光线在巨大的引力场中弯曲。1919年的日全食观测就是一个成功案例。爱丁顿爵士和他的助手拍摄了日全食期间太阳附近的恒星，与非日全食阶段拍摄的同一天区的恒星位置对比，从而测定出太阳引力造成的星光的偏折。观测所得到的星光偏折角度与广义相对论预言出的光线偏折角度更加接近，成为首个支持广义相对论的观测证据。