地球阴影遮住了月球

由于太阳要远远大于地球，所以地球的阴影（也就是本影）是一个圆锥体，锥顶一直延伸到很远的地方。在正对着地球身后的月球轨道那儿，椎体阴影截面的直径大约是地球直径的3/4，即大约是9600千米。由于阴影中心位于黄道平面中，在地球后面的月球轨道上，所以阴影只能遮挡黄道平面上下各4800千米左右。在两个交点之间，月球轨道距离黄道平面最远的两个点和黄道平面之间的距离大约是32000千米，这个数字大约是月球和地球的距离的1/12。因此，只有月球位于两个交点附近，而且恰好在地球后面时，才能被地球的阴影区所覆盖。

食季

随着地球绕着太阳的转动，连接着地球和太阳的线会改变方向，它在一年之中会两次经过黄道平面和白道平面的交点。换句话说，假如我们将两个交点画在天球上，升交点在一个地方，降交点在另一个地方，那么在一年之内，太阳沿着黄道平面向东的运动会经过这两个交点。当太阳经过其中的一个交点时，地球的阴影会覆盖另一个交点。在一年之内，日食或者月食大约会出现两次，每隔半年出现一次。这种“食季”（eclipse seasons）的长度大约是1个月，即从太阳距离交点近得能够出现月食到距离交点远得不能出现月食的时间大约是1个月。

如果黄道平面和白道平面的交点在黄道上固定不变，月食只能出现在固定的两个月中。不过，由于太阳吸引着地球和月球，随着地球和月球的转动，交点向着相反的方向移动。经过18年7个月的时间，两个交点都会绕着天球向西旋转一圈，而食季在相同的时间内倒转一年。平均而言，每年比上一年要早19天。

月食现象

如果我们在月食开始时就观察月亮，将会发现月亮东边逐渐变得暗淡，最终消失不见。在月亮前进的过程中，月球表面慢慢被阴影遮挡住，黑暗部分不断增大。不过，假如我们认真观察将会发现，阴影遮盖住的部分没有彻底消失，而是散发出一种非常微弱的光。如果阴影将月球全部遮盖住了，这就形成了全食；如果只是遮盖了一部分，这就是偏食。在全食时，月面上的微弱光芒显得更清晰，因为此时它不会受到其他明亮部分的干扰。由于地球大气会产生折射（在第三节中已经讲述过折射），所以形成了这种暗红色的光线。那些在地球边缘经过或者在地球表面附近经过的太阳光线，大部分受到折射作用进入阴影中，然后投射到月球表面上。这种光线的红色和落日的红色的形成原因相同，大气层吸收了波长比较短的绿色光线和蓝色光线，而没能吸收波长比较长的红色光线。

每年都会出现两三次月食，几乎总有一次是全食。当然，并不是地球上的人们都能看见，而是处于月光下的那半球的人们才能看见。

我们想象一下，如果发生月食时有人站在月球上观察地球，那他一定会看见日食。在他眼中，这种现象非常清晰。在月球上观察，地球的目视大小绝对要大于我们看见的月亮，直径大约是我们看见的太阳直径的四五倍。最初，由于受到太阳光的影响，这个大物体在接近太阳时看不清楚。观测者观察到的是看不见的球体挡住了一部分太阳光。等到地球几乎将太阳光全部遮住时，观测者就能看见地球的轮廓：因为周围是地球大气层折射形成的红色光环。最后，等到太阳光彻底消失之后，将会剩下一个明亮的红色光环包围着一个暗淡的球状物，也就是地球。

月食现象和日食现象有着很大的区别（我们在下一节中会讲述日食）。在月食时，月光下的全半球的人们都能够看见。如果在月亮升起时已经开始侵蚀月球，我们将会见到一种奇特现象，在同一时刻，月亮出现在东边地平线上，而夕阳出现在西边地平线上。这种现象好像和我们说过的太阳、地球、月球位于同一条直线上的情形相互矛盾，这种现象是由于其中之一处于地平线之下，在地球大气层的折射作用下，我们可以同时看见太阳和月亮。

第六节　日食

如果月球在黄道平面上运动，它在每次新月时都会经过太阳面。不过，由于月球轨道有一定的倾斜度（在上一节中已经说过），所以只有当太阳靠近黄道平面和白道平面的两个交点之一时，才会出现上述情况。那时候，如果我们站在地球上的合适位置，便可以看见日食。

假如月球会从太阳表面经过，那么，它是否能将太阳表面全部遮住呢？这个问题的关键不是两个天体的真实大小，而是视觉大小。大家都知道，太阳直径大约是月球直径的400倍，但它到地球的距离恰好是月球到地球距离的400倍。这就产生了一个有趣现象，在我们看来，这两个实际完全不等的天体几乎是同样大，好像是一对孪生兄弟。由于运行轨道不是圆形，所以有时候看起来月亮大一些，有时候太阳大一些。在第一种情况中，月球能够将太阳表面全部遮住；在第二种情况中，月球无法完全遮住太阳表面。

日食形成示意图

月食和日食的最大不同是：在看得见月亮的地方，月食的样子都是相同的；而日食的形状是由观察者所在的位置决定的。最有趣的是，日食指的是月球中心正好将太阳中心遮住，这被称为“中心食”（central eclipse）。如果想要观察到这种日食，观察者必须站在连接月球中心和太阳中心的直线上。那时候，如果月球的视界大于太阳的视界，将会完全遮住太阳表面，这就是“全食”（total eclipse）。

如果此时的太阳看起来比较大，当中心食出现时，月球周围是一圈太阳光环。因此，这种食被称为“环食”（annular eclipse）。

当连接着月球中心和太阳中心的直线从地球表面经过时，我们就能在地图中画出它的运行路线。航海历书中首先出现了这种指出日食区域和运行路线的地图。在中心线经过的南北附近地区能够见到全食或者环食，但一定是160千米之内。在这个范围之外的观察者仅仅能够看见偏食，月亮只是将太阳的一部分挡住了。在更远的地区，根本无法看见日食。

美丽的日全食

日全食是大自然送给人们的美丽景色。如果想要欣赏日全食的魅力，最好是站在视野开阔的高地上，尤其是月亮出现的那一边，能够望见的越远越好。第一个表示日全食将要出现的信号在太阳圆面上，而不是出现在地面或者空气中。在将要出现的那一刻，太阳西部边缘上首先会出现一个微小缺口。这个缺口慢慢地扩大，好像在逐渐侵蚀太阳一样。古时候的人们看见太阳慢慢缩小，所以幻想着是龙在一点点吃掉太阳，这是不足为奇的。

在一段时间内，可能是一个小时，只是看见月亮黑影不断地扩大，一直在侵蚀太阳表面。如果此时观察者的旁边有一棵树，阳光从树叶间的空隙中照射到地面上，我们会见到一种有趣的现象，地上的太阳影子会出现缺口，显示了偏食中的太阳。不久之后，太阳变得像新月一样，而且这个新月会逐渐缩小，而不是慢慢变大。不过，这时候的眼睛中还残留着已经消失的光辉，所以在新月变得非常狭小之前，彷佛还可以看见暗影。如果观测者通过一个装有观测太阳专用滤光镜的望远镜观察，他将会从另一个角度看见月亮上的山——残留的太阳保持着原有的柔和与光辉，但被月面侵蚀的那一部分的轮廓变得参差不齐——这就形成了月亮上的山。

当“新月”马上就要消失时，一直前进的月亮上的山峰来到太阳边缘，使得太阳剩下的碎片或者光点从月亮的凹处露出来，形成了非常美丽的景象，这种景象叫做“贝丽珠”。这时，太阳看起来像是一枚钻戒，非常美丽。不过，这种美景只有短短的一两秒钟，一眨眼就消失了。

现在，我们来观察一下这场奇观：白昼由于日光的消失看起来像是黎明，离太阳比较远的空中布满了星星。太阳本来应该高挂在中天，但天上只有黑暗的月亮，它的周围是一圈光辉，这就是我们在“太阳”一节中说过的“日冕”。虽然肉眼看来已经很明亮，但通过低倍率的望远镜观看更加有趣，即使是玩具望远镜也行。这时候，小望远镜要比大望远镜好得多，因为大望远镜仅仅能够看见一部分日冕，而放大率是十几倍的小望远镜能够看见完整的日冕。借助于小望远镜，我们不仅能够看清楚日冕，还可以看见日珥，这是在各处飘荡着的奇形怪状的红云，好像是黑月亮中喷出来的一样。

正当我们观察这美丽的景象时，太阳的另一边上出现了一些耀眼的光点——月亮慢慢经过太阳，另一边出现了美丽的贝丽珠。接下来，这些光点逐渐扩大，慢慢形成了一个新月，月亮在慢慢地退出太阳表面。日光越来越明亮，空中的星星在逐渐消失。等到最后一个缺口消失时，日食正式结束，世界恢复成原有的白昼。

古代日食

需要注意的是，虽然古人很熟悉日食这种现象，智者还能明白形成原因，甚至能够推测出现周期，但古代历史中很少有关于日食的真实记载。在中国古史中，常常记载着某个地方在某个时间出现了日食，但没有详细记载日食的特点。亚述学家（Assyriologists）在古代文献中发现了一段关于日食的记录，说的是公元前763年6月15日在尼尼微（Nineveh）出现的日食。我国的天文年表同样证明，当时确实出现了日全食，阴影在尼尼微北边大约160千米的地方。

最有名的古代日食是泰利斯日食（eclipse of Thales），同时也是最有争议的日食。希罗多德（Herodotus，古希腊史学家）的记载是主要的历史依据。据说，吕底亚人（Lydians）和米堤亚人（Medes）在打仗时，白天突然变成了黑夜。因此，两军停战并达成和平协议。还说，泰利斯（Thales，古希腊哲学家）曾经预言，白天将会变成黑夜，而且指出了在哪一年。我国的天文年表中指出，公元前585年曾出现过一次日全食，这个时间很接近那次战争，但我们现在已经知道，阴影路径在日落之后才能到达战场。直到现在，我们依然不清楚这件事情的真相。

食的预测

古代的人已经知道，食的出现有着一定的规律。经过大约6585日8小时（或者18年11日）之后，太阳和月亮会再次回到交点和近地点上，这段时间叫做“沙罗周期”（Saros）。各种食都会出现在沙罗周期之后，如1900 年5月的食可以认为是重现了1882年的食。不过，当食重现时，能够观察到食的区域改变了，这是周期中的8个小时造成的影响。在8个小时中，地球绕着转轴自转了1/3圈，所以太阳下面的区域出现了变化。食每次出现的区域都会向前移动地球的1/3圈，或者说是向西移动经度120度。经过三次之后，几乎会回到原来的位置。同时，月球的运行路线发生了细微变化，所以阴影会南移或者北移。

在全世界中，平均三年出现两次日全食，但对于某个特定区域而言，平均300年才会出现一次日全食。20世纪的百年中，全食时间一直在增加。1937年、1955年、1973年的全食时间都大于7分钟。在日全食期间，最长的是7.5分钟。

日冕

全日食中最美丽的一部分是日冕，它是由非常稀薄的气体构成的，而且仅仅出现在日食时。当日全食出现时，太阳周围就会出现这种珠光，等到全食过去之后，这种珠光会突然消失。通过照片发现日冕的结构非常复杂，它的形状与太阳黑子的数目有关。

当太阳黑子处于高峰时，日冕在太阳各个方向的范围相似，此时可以将它看作一朵天竺牡丹，花瓣向着各个方向展开。还有暗淡的流光，以及红色日珥上面像拱门一样的景色。

在黑子很少时，日冕像是出现在两极的短穗，弯向赤道方向。这让我们想到铁屑在磁石附近表现出来的花样。日冕还需要注意的一点是：长长的流光从赤道附近展开，看起来好像鸟的翅膀一样。

作为景观而言，日冕绝对是天界奇观中的最优等景象，但直到今天人们依然不清楚日冕在天文学中的意义。在我们眼中，日冕是非常罕见的美景，而且是转瞬即逝，好像昙花一样。不过，过去100年中拍摄的美丽照片，可以让我们研究很长时间。直到现在，这种研究成果仅仅能够抵消日食观测团耗费的时间、精力、金钱（常常需要到很远的地方进行观测）。日冕是否能够带给我们有价值的信息呢，这个还不清楚。