为什么会发生日食？

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为什么会发生日食？

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日食是一种天文现象，太阳被月球遮住。对于地球上某些地方的人来说，太阳可能会完全或部分消失。简单地说，当月球出现在地球和太阳之间，并连成一条直线时，就会出现日食。照射到地球上的太阳光被月球挡住，月球会在地球上的某一区域投下阴影。于是，处在阴影区中的人们就会看到日食现象。通常情况下，日食的持续时间不会超过7分钟。此外，在300年的时间里，日食不会在同一地点发生两次。


为了出现日食，必须满足几个条件。首先，必须是在新月，即农历初一，我们在地球上看不到月球。新月每个月出现一次，此时，月球运行到地球和太阳之间，所以月球被照亮的部分刚好背离地球。然而，并不是每次的新月都会出现日食。这是因为地球围绕太阳的公转轨道平面和月球围绕地球的公转轨道平面存在5.15度的夹角。因此，只有当太阳、月球和地球刚好处在同一条直线上时，月球的阴影才会投射到地球上，从而出现日食。然而，很多时候都月球都不会运行到太阳和地球的连线上。

日食主要可分为日全食、日环食以及日偏食。月球和地球之间的距离是不断变化的，距离最近时大约为36.3万千米，距离最远时大约为40.5万千米。如果月球与地球的距离较近，则月球阴影的本影会落在地球上，从而出现日全食。但如果月球与地球的距离较远，则月球阴影的伪本影会落在地球上，从而出现日环食。在月球阴影的半影投射区，人们会看到日偏食。


此外，在观测日食时，要注意保护眼睛，佩戴专门的日食眼镜，因为太阳光很强烈足以损伤人的眼睛。

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日食的发生其实是月亮在运行过程中挡住了太阳，在地面上留下了影子。这时，太阳、月球、地球在宇宙空间中恰好处于同一条直线上。日食只可能在朔（即每月初一）时发生，但并非每个初一都发生日食，因为太阳、月球、地球作为空间中三点显然不可能每个初一都共线。实际上，每年日食至多出现5次（若出现5次日食，则每次都是偏食），至少出现2次。

日、月食的发生的条件是：新月（或满月）出现在黄白交点的某有界邻域之内，这个界限叫做日月食的“食限”。根据理论计算，对于日食来说，如果新月的时刻出现在白道和黄道的交点旁18°左右的范围内，那么日食就有可能发生；如果新月的时刻出现在白道和黄道的交点旁16°左右的范围内，那么日食就一定发生。

值得一提的是，根据地月日距离的不同，日食可分为日偏食、日全食、日环食、全环食。太阳直径约1.4×10^6km，距地球约1.5×10^8km，平均视直径约0.53°，浮动范围0.52°-0.54°；月球直径约3476km，距地球约380000km，平均视直径约0.53°，浮动范围0.49°-0.55°。如此接近的视直径使得日环食、日全食，甚至罕见的日全环食都可能在地球上发生。太阳直径、月球直径、地日距离、地月距离共同决定了日月的视直径，但这四个数据中，没有一个是必然。所以日全环食这种绝无仅有的奇迹能在地球上发生，纯属幸运，纯属巧合。

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太阳比月球宽400倍，但离地球也是400倍远。由于对称的缘故，月球的暗影，也就是落在地球表面的阴影，宽度正好可以遮住整个太阳。太阳光球完全被月亮遮住，原本明亮的太阳圆盘被黑色的月球阴影遮盖。然而，也只有在日全食发生时才可能用肉眼观测到模糊的日冕（日冕层）。日全食只在月球位于近地点时发生，此时月球的本影锥长度较月地之间距离长，本影锥才能扫到地球表面。由于太阳的实际体积比月球大很多，所以日全食通常只能在地球上一块非常小的区域见到，因为月亮的本影对太阳来说只是一个小点。（在全食区之外，所见的食相是偏食）。上一次日全食发生于2015年3月20日。
在阳光照射下，月亮和地球在背向太阳的方向拖着一条影子。月亮扫过地面，产生了日食。日食必发生在朔日，即农历的初一。月亮钻进地影，造成了月食。
中国史书上称“日有食之，不尽如勾”，造成日偏食的原因是因为观测者落在月球的半影区中，观测者会看见一部分的太阳被月球的阴影遮盖，但另一部分仍继续发光。太阳和月球只有部分重合，依据两者中心的视距离远近（太阳被月球遮盖的最大直径）来衡量食的大小。通常日偏食是伴随着其他食相发生，如日全食或日环食或日全环食。但发生在极区的某些日食会是单纯的日偏食（不伴随其他食相），这是因为月球与黄道面的距离稍远，只有半影碰到地球表面，上一次不伴随其他食相的日偏食发生于2014年10月23日。
当月球处于远地点时，月球的本影锥不能到达地球；到达地球的是由本影锥延长出的伪本影锥。此时月球的视直径略小于太阳。因此，这时太阳边缘的光球仍可见，形成一环绕在月球阴影周围的亮环。（在环食区之外，所见的食相是偏食）。上一次日环食发生于2013年5月10日。
全环食只发生在地球表面与月球本影尖端非常接近，或月球与地球表面的距离和月本影的长度很接近的情形下。由于地球为球体之关系，而本影影锥接触地球时为日全食（常为在食带中间），在食带两端由于影锥未能接触地球，致只能有伪本影到达地球之下，所看到的是日环食。所以，当全环食发生时，随着地月之间的相对运动，会先后出现环食→全食→环食，当然，对于某一个具体的地点来说，在一次日食过程中是不会同时看到全食和环食的。全环食发生机率甚少，上一次全环食发生于2013年11月3日。
日食、月食是光在同种均匀介质中沿直线传播的典型例证。月亮运行到太阳和地球中间并不是每次都发生日食，发生日食需要满足两个条件。其一，日食总是发生在朔日（农历初一）。也不是所有朔日必定发生日食，因为月球运行的轨道（白道）和地球运行的轨道（黄道）并不在一个平面上。白道平面和黄道平面有5°9′的夹角。其二，太阳和月球都移到白道和黄道的交点附近，太阳离交点处有一定的角度（日食限）。
由于月球、地球运行的轨道都不是正圆，日、月同地球之间的距离时近时远，所以太阳光被月球遮蔽形成的影子，在地球上可分成本影、伪本影（月球距地球较远时形成的）和半影。观测者处于本影范围内可看到日全食；在伪本影范围内可看到日环食；而在半影范围内只能看到日偏食。
月球表面有许多高山，月球边缘是不整齐的。在食既或者生光到来的瞬间月球边缘的山谷未能完全遮住太阳时，未遮住部分形成一个发光区，像一颗晶莹的“钻石”；周围淡红色的光圈构成钻戒的“指环”，整体看来，很像一枚镶嵌着璀璨宝石的钻戒，叫“钻石环”。有时形成许多特别明亮的光线或光点，好像在太阳周围镶嵌一串珍珠，称作“贝利珠”（贝利是法国天文学家）。
无论是日偏食、日全食或日环食，时间都是很短的。在地球上能够看到日食的地区也很有限，这是因为月球比较小，它的本影也比较小而短，因而本影在地球上扫过的范围不广，时间不长，由于月球本影的平均长度(373293公里)小于月球与地球之间的平均距离(384400公里)，就整个地球而言，日环食发生的次数多于日全食。