如何优雅地观测一次日食？

日全食：在全食带之外的你，会看到什么？

相比起只持续短暂数分钟的激动人心的日全食，恰好出现在任意地点的人们可以更加悠闲地欣赏到一场日偏食。

一张展示了2024年4月8日的全食带和各地日偏食程度的美国地图。图片来源：拉里·孔恩/阴影与物质网在你的日历上标出2024年4月8日——“日食日”。假如天气适宜，你将能毫无困难地在北美洲的大部分地方观测到一场日偏食。在此期间，这场天象将会为美国南部与东部的一条狭窄区域带来壮丽的日全食，在此期间，月球将会完全遮住太阳。这将是一场值得写入遗愿清单的事件！

与此同时，位于全食带两侧2600英里（4200千米）以内的观察者们将会看到一场日偏食。首先，月球将会在太阳的边缘造成些许凹痕。凹痕来源于月球的剪影。在安装了合适滤镜的望远镜里，月球上的环形山将会令它的弧形边缘变得粗糙。随着时间的流逝，凹痕逐渐变大变深，将太阳变成新月形。偏食期间，凹痕大致在太阳上由西向东地晃动。

与只持续数分钟的激动人心的日全食不同，人们可以悠闲地从任意地点欣赏到日偏食。

日食期间，绘画和照片可以记录并展示月球穿过太阳表面的过程。月球有可能暂时遮蔽太阳的黑子。持有小型望远镜的观测者可以尝试捕捉月球盘面接触太阳盘面的第一个和最后一个瞬间。如此纪录下的月球边缘第一次接触和最后一次离开太阳盘面的时间比日全食的开始和结束更不精确，但它们仍然很有用。

150年前的一名南极探险家也许会仔细地为这些事件计时，以此抓紧机会更好地估算自己身处的地理经度——在连续数月乘坐狗拉雪橇的旅行之后，身边携带的精密时计已经无法提供可以信任的格林威治时间。通过观察1766年8月5日的那场日环食，著名探险家詹姆斯库克船长确定了这片新大陆附近一个离岸岛屿的经度，与现代测量只相差22弧秒。

事件时间表

下图中的表格提供了20个城市里可能看到的景象，以及日食开始、结束和达到最大值的时间。图中的等级代表了太阳表面被月球遮住的比例大小。由此可见，对伊利诺斯州的芝加哥来说，94.2%的太阳会在午后被遮住。在火奴鲁鲁，日出后的一小时之内日食的比例将达到本次的最大值，28.6%。在推算两个城市中间的地区的数据时，当地时间将被转换为同一时区，如果它们之前没有完成这一切的话。

观察者越接近全食带，食甚时观测到太阳被月球遮住的比例就越大。如表格显示的那样，辛辛那提的日食接近全食（0.993等），而朱诺城的月亮经过时，只能遮住大约十六分之一的太阳（0.064等）。这两个城市将分别在东部白昼的下午3时09分，和阿拉斯加白昼的早上10时33分迎来食甚。在列表上的所有城市之中，朱诺的日食持续时间最短，只有46分钟。最长的日食持续时间将会出现在蒙特利尔和休斯顿市，持续2小时42分。

在大陆的西半部，食甚将在正午上午较晚时候降临。而在东部地区，此次现象将发生在午后和下午之间，太阳高悬于天空的南方或西南方。

如果感兴趣，可以观看月球如何在北美洲上方一点点侵蚀掉太阳的奇妙动画演示。

日食效应

许多古人曾经被日偏食过程中太阳不寻常的形态所吓倒，并相信太阳此刻是生病了、遭受到了攻击或正在向观测者预示凶兆。 

如果你所在地区的太阳被日食遮盖了至少80%，它看起来将是被延长了两端的新月形。阳光将只从它边缘的更红的部分发出，地面上的总体光照将会趋于昏暗。如果你在距离全食带110英里（175千米）之内，月球将会挡住95%或更多的阳面。新月形的太阳将只有正常情况下10分之一的日照强度，然而，由于我们的眼睛会适应变化的光照水平，它的效果看起来并不像听起来那么显著。

光照的强度不会比一个明亮的阴天更低。然而，光线也许会变得怪异。晴朗的天空将会变得更加纯净，呈现出异常的深蓝色，将地面得景物映照出银色或金属色的质感，略带一些外星般的效果，就像火星上的晴天那般。气温也许会下降到可以感知这种变化的程度，凉爽的微风也许会开始吹拂。

金星，一颗亮度为-3.9星等的行星，能够轻易地在太阳右下方15度处被观测到。你可以用手盖住太阳并搜寻它。如果天空非常晴朗，甚至可以在太阳的左上角30度处观测到-2.0等的、更加昏暗的木星。影子也会变得有些怪异——剩余的太阳的银辉倾向于制造出更锋利、更清晰的影子。

胡格里河畔，加尔各答天际线上，2022年10月25日，日落时分出现于印度加尔各答的日偏食。图片来源：Biswarup Ganguly/Eyepix Group/未来出版，源于盖蒂图片社

注意：任何观看日偏食的人必须极度小心，以免伤害他们的眼睛

任何时候注视太阳都会伤害你的眼睛，大部分人从不这样做。日食的危险是，它也许会促使人们直接注视或凝视太阳。很大一部分的日偏食是极其危险的，不仅是因为它们很吸引人，也因为太阳总体上变得昏暗，使凝视它变得不那么痛苦。

即使月球看起来遮挡了一部分太阳，剩下部分的表面亮度仍然和没有日食的时候一样。直视它可能会造成“日食盲”，一种在20世纪初期就已经被认识到的、悲剧性的创伤。记录在册的其中一个案例是，一名男子的眼睛因在裸露状态下直视太阳30秒钟而受伤。即使极短的一瞥也是不可取的。一些“日食盲”的受害者在数天或数周之后恢复了他们原本的视力水平，然而，剩下的人则终身忍受着他们视野中心的永久性模糊区域或盲点。

当然，双筒镜或望远镜会极大地加剧太阳造成失明的能力。在过去的数十年间，上百名粗心大意的人由于在没有适当保护措施的情况下观看日食而经受着永久性的视力缺陷。裸眼或直接使用望远镜的观测者，必须使用可以将光照强度至少降低到原本的100000分之一的水平的过滤系统。同时，过滤器必须要能有效阻挡观察者们不能看到的红外线与紫外线。

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不要通过薄云或雾霾观测太阳，因为突如其来的晴朗可能会造成视网膜的损伤。（就算是在全食开始之前的最后一刻，也不应该直视太阳。）在日食当天之前先测试过滤器和观测设备是一个好主意。

安全的观测方法共有数种。其中一种是直接通过合适的太阳滤镜观看，例如#13方形焊工护目镜（可以在焊接商店以5-6美元的价格买到）。通过这种类型的滤镜，太阳看上去会是绿色的。你可以透过这种滤镜来短暂的观看日食。

在最坏的情况下，你可以买一副安装在纸板框上的便宜的“日食眼镜”，它们只花费数美分。它们通常所使用的滤镜由被称为“黑色多聚体“的防划痕材料制成，会使太阳的影像呈现橘色。另一种有时会用到的材料是被称为美拉的涂有铝保护层的涤纶薄片，看起来像是极其薄的铝箔纸。通过这种滤镜，太阳看起来是浅蓝色。通过寻找印刷的“ISO12312-2“可以先证实你的眼镜通过了技术认证。

如果使用望远镜，请将滤镜紧紧地固定在物镜（不是目镜）的前面，使它不能被撞掉、被风吹走或被手指刮走。不要通过任何其它材料观看太阳，包括普通的太阳镜，烟色太阳镜或照相底片。它们会漏掉危险剂量的不可见红外线或紫外线。

一个戴着日食眼镜的儿童正在观测2023年10月14日的日环食。图片来源：雷昂纳多·阿瓦雷兹·赫那得兹/盖蒂图片社

投影是最安全的方式

另一种方法是使用未安装滤镜的望远镜来把太阳的影像投射到一片白屏幕，或白色纸或纸板上。这种方法非常适合群体观测。一个安装在脚架上的望远镜可以将大而清晰的明亮太阳图像聚焦到目镜背后的屏幕上。不要透过或顺着望远镜来观看，同样，也不要用超过数英寸的光圈。不然的话，高度的热量可能会破坏仪器内部的构造。搜寻者和急切的观测者必须远离目镜。

在树或灌木丛的阴影下，人们也许会发现大量被侵蚀的太阳形状的光斑被投射在地上，它们是由于小孔成像的原理而形成的。将一只手和另一只手的手指相互交叉，在手指间形成小光圈，也可以在地上投下太阳的形象。甚至，草帽上的小洞也可以制造出无数个日食中的太阳的小投影。

2023年10月14日的日偏食，可以在太空网站的布瑞特·庭格雷的手指缝隙之间造出投影。图片来源：未来/布瑞特·庭格雷

在一片纸板或铝箔上钻一个1毫米直径的洞，就能在三英尺之外的白色表面上投射出一个足够清晰的太阳图像。在室内，当阳光穿过细小的空隙时，挂在朝南窗户上的关上的威尼斯式窗帘可以制造出一排日食的投影。同时，在黑色遮光板上穿透出的一个小洞会在墙，地板或屏幕上投下可以调整大小的影像。这使不能出门的人也能欣赏到这次天象。

更加有效的方法是利用一块平面镜、一张遮住所有东西的纸（除了一个硬币大小的圆点，深色的更好）来制作一个“小孔反射器”。平面镜会被放在支架上，以此来将阳光反射到临近的墙面上。和镜子之间的距离每增加9英尺，这个影像就会变大一英寸。例如，在54英尺开外，太阳的投影将会有六英寸宽。利用这种方式反射出的太阳影像可以供一大群观众近距离观察。扩大纸上的洞会让影像的亮度增加，但会让它变得模糊。缩小的洞可以让它更清晰，但会让影像更昏暗。一大块橡皮泥可以使平面镜保持在任何一个角度上，并使它可以在太阳运动时重新对准。

2017年8月21日，华盛顿特区，日食发生之前，一个女人正通过她刚在史密斯索尼娅的航空与航天博物馆里制作的小孔日食观测器看着天空。图片来源：BRENDAN SMIALOWSKI/AFP源于盖蒂图片社

电视转播

如果你无法出门去观赏日食，或者天气过分多云而不能看到太阳，唯一的选择是通过电视观看日食的直播。4月8日的日食极有可能会得到大量电视新闻媒体的播报，特别是在那些处于全食带上的地区。不论你是否相信，在过去，许多父母会出于“安全原因”而阻止他们的孩子观测日食的电视转播，因为关于这些事件的可怕警告使他们感到疑惑。

如果你决定感受这次日全食

对于日全食而言，期待看到它的观测者们可以通过之前的偏食阶段来使自己的眼睛习惯黑暗，由此提高观测的质量。深色眼镜也许会有帮助，想要更好的适应性，可以用眼罩遮住一只眼睛，并在太阳完全被月亮遮住之后拿掉它。在二战期间用于军事目的的额外的红色适应性护目镜也非常有用。

由于日冕层的表面亮度与满月相当，在全食期间，无论是裸眼还是使用望远镜观测，都不需要加任何滤镜。然而，必须当心全食结束之后阳光返回的那一刻（通常出现在钻石戒指效果出现之后）的暴露。

乔伊·饶在纽约的海登天文馆里担任决策员和客座讲师。他为《自然历史杂志》、《农场主年鉴》和其它出版社撰写关于天文学的文稿。

BY:Joe Rao

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