日食，又作日蝕，是一種天文現象，只在月球運行至太陽與地球之間時發生。這時，對地球上的部分地區來說，月球位於太陽前方，因此來自太陽的部分或全部光線被擋住，看起來好像是太陽的一部分或全部消失了。日食只在朔，即月球與太陽呈現合的狀態時發生。
日食是相當罕見的現象，日食分為四種，包括日全食、日環食、日偏食及全環食，其中較罕見的是全環食，只發生在地球表面與月球本影尖端非常接近的情形下，這時不同地區會出現日偏食、日全食和日環食三種不同的日食。日全食是一種相當壯麗的自然景象，所以經常吸引許多遊客和天文愛好者特地到海外去觀賞日全食。例如，在1999年發生在歐洲的日全食，吸引了非常多觀光客特地前去觀賞，也有旅行社推出專門為這些遊客設計的行程。
最近一次日食發生於2011年7月1日（偏食），下一次日食將發生於2011年11月25日(偏食)。
原理
日食一定發生在朔，即農曆初一當日[2]。此時月球位於地球和太陽之間時，但因地球軌道（黃道）與月球軌道（白道）成5°9′交角，故並非每次朔日皆有日食發生，而日食發生時，日月兩者皆一定在「黃白交點」（升交點或降交點）附近。
理論上日全食則只發生在月亮的遠日區。根據計算，月亮的遠日點與太陽的遠日點同時發生時，地球能夠觀看全日食窗口的寬度約208公里，月亮的遠日點與太陽的近日點發生時，地球能夠觀看全日食窗口的寬度約100公里（只有本影區而無半影區）。至於月球在近日點時，地球每一個角落就都只能觀測到日環食，也就是太陽的半影區與本影區重疊。
[编辑]種類
日食可以分為四類：
- 日全食：太陽比月球寬400倍，但離地球也是400倍遠。[3]由於對稱的緣故，月球的暗影，也就是落在地球表面的陰影，寬度正好可以遮住整個太陽。太陽光球完全被月亮遮住，原本明亮的太陽圓盤被黑色的月球陰影遮蓋。然而，也只有在日全食發生時才可能用肉眼觀測到模糊的日冕。日全食只在月球位於近地點時發生，此時月球的本影錐長度較月地之間距離長，本影錐才能掃到地球表面。由於太陽的實際體積比月球大很多，所以日全食通常只能在地球上一塊非常小的區域見到，因為月亮的本影對太陽來說只是一個小點。（在全食區之外，所見的食相是偏食）。最近一次日全食發生於2010年7月11日，下一次的日全食將發生於2012年11月13日。
- 日偏食：中國史書上稱「日有食之，不盡如勾」，造成日偏食的原因是因為觀測者落在月球的半影區中，觀測者會看見一部分的太陽被月球的陰影遮蓋，但另一部分仍繼續發光。太陽和月球只有部分重合，依據兩者中心的視距離遠近（太陽被月球遮蓋的最大直徑）來衡量食的大小。通常日偏食是伴隨著其他食相發生，如日全食或日環食或日全環食。但某些日食只可能是日偏食（不伴隨其他食相），因為月球與地球的距離太遠，只有半影碰到地球表面，最近一次不伴隨其他食相的日偏食發生於2011年6月1日，下一次的不伴隨其他食相的日偏食將發生於2011年7月1日。
- 日環食：當月球處於遠地點時，月球的本影錐不能到達地球；到達地球的是由本影錐延長出的偽本影錐。此時月球的視直徑略小於太陽。因此，這時太陽邊緣的光球仍可見，形成一環繞在月球陰影周圍的亮環。（在環食區之外，所見的食相是偏食）。最近一次日環食發生於2010年1月15日，下一次的日環食將發生於2012年5月20日。
- 全環食：全環食只發生在地球表面與月球本影尖端非常接近，或月球與地球表面的距離和月本影的長度很接近的情形下。由於地球為球體之關係，而本影影錐接觸地球時為日全食（常為在食帶中間），在食帶兩端由於影錐未能接觸地球，致只能有偽本影到達地球之下，所看到的是日環食。所以，當全環食發生時，隨著地月之間的相對運動，會先後出現環食→全食→環食，當然，對於某一個具體的地點來說，在一次日食過程中是不會同時看到全食和環食的。全環食發生機率甚少，最近一次日全環食發生於2005年4月8日，下一次的日全環食將發生於2013年11月3日。
地球與太陽的距離約是地球與月球距離的四百倍，且太陽的直徑大小也約是月亮直徑大小的四百倍。在理論上，由於這兩個比例相當接近，我們由地球觀測太陽與月球時，兩者的大小應該大略相等，或著說他們的視直徑大約相等──差距應該侷限在0.5弧度左右。然而，由於月球及地球的公轉軌道都大約是橢圓形，造成我們觀測而得的月亮及太陽大小不固定。[4][5]
日全食和日環食在天文學中稱之為中心食，只要發生中心食，必然會發生日偏食。而當日出時，太陽已被食去（日食沒結束）時，當地發生日出帶食或帶食日出，而日落時太陽還在被食去（日食沒結束）時則稱帶食日落或日落帶食。另外月食有半影月食，但日食沒有半影日食。
[编辑]事件和周期
雖然平均每18個月地球就可以有些地區會發生日全食，但日全食仍是很罕見的[7]。據推算，在任何一個地點須平均要間隔370年才能看見一次日全食。因為月影向東移動的速度超過每小時1700公里，因此日全食在一個地點持續的時間只有幾分鐘。日全食持續的時間不會超過7分31秒，而一般都比較短：每一千年中超過7分鐘的日全食通常都少於10次。上次發生如此長的日全食是在1973年6月30日 (7分3秒)，利用協和式客機在日全食路徑的月球本影中飛行，將觀察日全食的時間延展到74分鐘。下一次超過7分鐘的日全食要到2150年6月25日才會發生。從西元前3000年至西元5000，這8,000年中，最長的日全食將發生在2186年7月16日，持續的時間為7分29秒[8]。做為比較，20世紀最長的日全食發生在1955年6月20日，持續了7分8秒。
如果知道一次日食的時間和地點，就有可能利用日食周期推測其他的日食。有兩個已知的周期是saros和inex。沙羅周期可能是最明和最精確的一個日食周期，依內克斯本身就不是個明確的周期，但是在日食周期的分類上非常有用。在一個沙羅序列完成後，新的序列會晚一個依內科斯周期才開始，它的名稱：in-ex，就是這樣來的。沙羅周期為6,585.3天 (比18年略長一些)，這意味著經過這個周期會發生幾乎相同的日食，但其中最顯著的差異是經度會偏移120度 (由於0.3天的差)，緯度也稍有變化。沙羅序列永遠以發生在地球極區的日偏食開始，然後經由一系列的日全食和日環食逐漸越過整個地球，並以日偏食在相對的另一個極區結束。沙羅序列的長度從1226年至1550年不等，序列中會發生69次至87次的食，其中大約40次至60次是中心食 [9]。
[编辑]每年食的頻率
| 1月5日 | 2月3日 | 6月30日 | 7月30日 | 12月25日 |
|---|---|---|---|---|
| Partial (south) | Partial (north) | Partial (north) | Partial (south) | Annular (north) |
| 100px Saros 111 | 100px Saros 149 | 100px Saros 116 | 100px Saros 154 | 100px Saros 121 |
[编辑]最後的日全食
因為偶然情況下組合的環境，地球上得以看見日食，甚至今天人類在地球上熟習的日食型式也是臨時的現象 (以地質角度的時刻而言)。在以數百年萬計的時間之前，月球是太靠近地球以致只有如現今的日全食 (沒有日環食)，而再以數百萬年計的未來，它將會離地球太遠而不再發生日全食。
由於潮汐加速，月球環繞地球的軌道以每年增加3.8公分的速率遠離地球。估計在6億年之後，地球和月球的距離會增加23,500公里，這意味著，即使月球在近地點，地球在遠日點，月球仍不能完全遮蓋掉太陽的盤面[11]。
一個複雜的因素是太陽在這段期間的增加的大小，這樣就更導致月球不能引發日全食。因此，在地球上的最後一次日全食將發生再略低少於6億年後的時間。
[编辑]觀測與研究
日全食（全環食包含在此）的研究價值遠高於其他幾種日食，因為能完全掩蓋光球的強光，觀測日全食時，人們能直視色球層和日冕等太陽大氣，故觀測日全食是天文學家研究太陽大氣的大好時機。愛因斯坦關於太陽引力能使遠方背景恆星光線偏轉的預言就是通過對日全食的觀測得以進行驗證，但是由於理論推算的恆星角度偏差和由於實際觀測帶來的角度偏差在同一數量級，所以愛因斯坦的理論究竟是否被觀測驗證以及理論本身的真實性還在爭論之中；在日全食發生時，也是發現水內行星的機會，但到現在皆未能發現水內行星的存在。
[编辑]中國對日食的觀測
[编辑]影響
日食的天文現象，對於人類有各式各樣的影響，這些影響不僅包括對實際自然環境的改變，也體現在了文化與思想當中。
[编辑]思想文化
在歷史當中，將日食視為不吉祥徵兆，是因為文明缺乏天文學知識或是資訊傳播上的落後，所產生的侷限認知，歷史記載上的神話、民間上的傳說，認為是象徵災難的降臨，而在日食時舉行救日行動之類的儀式。但在現代社會中，這層無科學角度的不合理解釋已逐漸為人們所拋棄（仍有部分國家地區的民眾聽信謠言），只被當作神話當中的日食故事，作為天文愛好者們互相傳遞的會心一笑之故事。
[编辑]東亞方面
中國：將日食當作是上天的警告，認為是肇因於天狗食日，必須敲鑼打鼓趕走天狗，因此統治者對日食的觀測非常關心，《日蝕說》曰：「日者，太陽之精，人君之象。君道有虧，有陰所乘，故蝕。蝕者，陽不克也。」。據說在夏朝，羲和因為漏報了日食而被斬首[13]。也因此，中國保存了非常完整豐富的日食記錄，記作「日有食之」，最早可推至《詩經·小雅·十月》：「十月之交，朔月辛卯，日有食之，亦孔之丑」。據統計，不包括甲骨文中的日食記錄的話，春秋時期到清代同治十一年（前770年－1874年），有記載的日食共985次（錯誤有8次），有時還有所謂「日再旦」（天亮兩次）的記載。從《乙巳占》上的觀點，李淳風認為，發生日食，是天子失德的表現。日食一般應驗在君死、國亡上，更可以引起兵災、天下大亂、死亡、失地上面。發生災害的性質可以從天象的具體表現判斷出來。日食從上面開始出現，天子行政失誤；日食從旁邊開始出現，將內亂，有大兵起，有更立天子之兆日食從地下面開始發生，是后妃或大臣自恣太、行為失律所致。
[编辑]西洋方面
[编辑]天災人禍
- 天災方面：造成能見度下降、氣溫降低（沙漠地區最為明顯）、溼度上升，對於交通運輸的生產作業、通信安全（定位衛星斷訊）等，或是某些敏感的動植物會應日食產生不尋常的變化。因此在日食（尤其日全食）期間，受到影響的地區需要調整照明設備以維護交通安全。
- 人禍方面：根據歷史的事件紀錄分析，有發生過有心人士將日食當作時間點的指標，藉由此引起國家動亂、起義戰爭、奪取統治階級的生命等各種意圖的時機。在社會治安上，則會有人刻意散播不實謠言（或者是藉由網路等手法），造成民眾的迷信猜測和心理恐慌等帶來一定影響。
[编辑]觀看
在觀測日食時，不應當直接目視太陽，即使是在黃昏或日環食時，刺眼的太陽光（光球）也會引起視網膜破壞而影響視力[14]。如果要直視太陽，需使用保護措施，如專用於目視太陽觀測的濾光片、焊接用14號或以上的護目眼鏡。否則可以投影法觀看（如簡單的針孔照相機在紙上成像，或利用望遠鏡把太陽影像投影於白紙上）。以墨水倒影，隔著煙薰黑的玻璃、已曝光的底片（含有銀的黑白底片除外）、太陽眼鏡、偏振光濾鏡等，因為不能過濾紅外線和紫外線，減光效果不佳，皆不安全。[15]使用日食眼鏡觀測60秒，需休息30秒以上再繼續觀測。[16]
[编辑]全食的五大階段
日全食觀測的全過程包括五大階段[17]：
- 初虧：因月球自西向東繞地球公轉，當月球東沿相切於太陽西沿，日食正式開始，太陽開始出現虧損。
- 食既：月球繼續向東運行，當東沿相切於太陽東沿時，太陽完全被月球遮擋，光線完全被吞食，稱為食既。日全食開始。
- 食甚：當月球東移至中心與太陽中心重合的位置，日全食達到極點，稱為食甚。
- 生光：月球繼續東移，當西沿相切於太陽西沿，太陽即將露出，光芒即將重現，稱為生光。日全食結束。
- 復圓：生光後月球遮擋太陽越來越少，當月球西沿相切於太陽東沿，太陽圓盤形狀完全恢復，整個日食過程結束。
[编辑]日食之最
下表列出於1900年至2100年最長和最短的日全食和日環食。
| 類別 | 最長 | 最短 (食甚持續時間:少於0.5秒) |
|---|---|---|
| 日全食 | 1955年6月20日 (食甚持續時間:7分8秒) | 1928年5月19日及2043年4月10日 |
| 日環食 | 1955年12月14日 (食甚持續時間:12分9秒) | 1950年5月18日及2014年4月29日 |
| 資料來源：[18] | ||
[编辑]用途
在考古斷代中，根據歷史中的日食記載，可以幫助精確地確定歷史事件的具體時間，是十分可信的手段。
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