日环食天文观测的完美方案！这样观测，不仅专业，学生也喜欢。

关键词：日环食；夏至；天文观测；地理实践力

2009年7月22日上午中国的日环长江流域部分地区经历了300年一遇的日全食，近3亿人观看了这一激动人心的食天生也壮丽天象，许多人还历历在目。文观完美紧随其后的测的测是2010年1月15日的云川陕鲁一带的环食日落，观测时间非常短暂。样观业学之后10年来中国偶尔有少数地区发生食分不大的仅专日偏食，对于人口密集的喜欢中东部地区来说已经很久没有一场“像样的”日食出现了，对于00后中学生而言，日环09年大日食发生在年幼时期，食天生也对此记忆并不深刻，文观完美今年的测的测夏至日日环食是补上“日食课”的好时机。

一、样观业学2020年夏至日环食概况

此次日环食发生时间为2020年6月21日（周日）北京时间12时47分45秒至16时32分16秒，仅专环食起于非洲中部，喜欢自西向东经过红海、日环阿拉伯半岛、巴基斯坦、印度、我国中南部、东海，在菲律宾以东洋面终结（见图1a）。月球影子从北京时间14时41分进入我国西藏西南部，随后向东穿过四川（理塘、宜宾）、贵州（赤水、思南、铜仁）、湖南（芷江、邵阳、耒阳）、江西（上犹、南康、会昌）、福建（武平、上杭、漳州、厦门）、台湾（嘉义、台东）等地（见图1b）,全国其他地区可见不同程度的日偏食（见表1）。

图1 2020年6月21日日环食经过地区

表1 全国主要城市日食过程数据 [3]*

地名初亏食甚食分复圆地名初亏食甚食分复圆北京14:33:2415:50:180.5916:58:45成都14:04:2315:43:030.9517:07:55天津14:35:0015:52:110.6017:00:40厦门14:43:3616:10:470.9917:24:15太原14:25:1315:48:260.6817:01:47贵阳14:13:3115:52:060.9417:15:08沈阳14:46;4415:54:170.4816:55:15福州14:44:4516:10:200.9417:22:52长春14:50:1215:52:470.4116:49:54广州14:33:5316:06:130.9117:23:14哈尔滨14:52:4615:51:050.3616:44:47南宁14:21:1615:58:450.8517:19:47上海14:45:3316:06:180.7717:16:04昆明14:02:4415:45:320.8717:12:15石家庄14:29:2415:50:350.6617:02:11拉萨13:26:3815:13:080.9516:50:43呼和浩特14:23:4915:43:450.6016:55:12西安14:16:4615:47:360.8117:06:28南京14:39:4516:02:440.7817:14:20兰州14:04:1215:37:210.7916:59:30杭州14:43:3216:06:150.8117:17:21西宁13:59:1115:33:030.7916:56:32合肥14:36:4316:01:230.8017:14:16银川14:10:5615:38:510.7116:56:57南昌14:35:2516:03:330.9017:18:28乌鲁木齐13:35:3915:01:330.6116:24:42济南14:34:4415:55:080.6717:05:43海口14:30:0916:04:530.7917:23:12郑州14:27:4515:53:330.7517:08:07重庆14:11:1315:48:310.9617:11:28武汉14:30:3715:59:200.8617:15:09香港14:36:5916:08:200.8917:24:28长沙14:28:5316:00:210.9417:17:46澳门14:35:3816:07:350.8817:24:10赣州14:35:2416:05:360.9917:21:32台北14:49:5616:13:290.9417:24:26

*注：初亏是指月球开始遮挡太阳时刻；食甚是月轮中心和日面中心相距最近时刻；食分是指日面直径被遮挡部分与完整日面直径的比值，食分≥1表示日全食，0<食分<1表示环食或偏食；复圆是指日食结束时刻。此表中的时间均为北京时间，表中厦门与赣州出现日环食，其他城市则为日偏食。

二、观测准备

1.师生知识准备。教师和学生对日食现象做好充分了解是观测活动高效进行的重要保障，教师可以组织学生查阅书刊、科普纪录片等资料，可开展日食原理讲授、安全知识等相关课程，或开设专题讲座以及天文馆、科技馆研学活动。推荐教师使用Stellarium、Starry Night等天文软件模拟此次日食过程。

2.设计日环食观测方案。教师应做好充足工作准备，结合当地见食情况，根据不同场地、不同对象、不同天气和不同硬件条件应采用不同的活动方案。实地观测宜安排在较空旷开阔地，周围无高大建筑物遮挡太阳；天气条件不允许则安排网络直播，教师提前做好此次日环食网络直播平台的收集与对接。

3.准备相关器材。除日全食的食甚时段可以裸眼观看外，日环食和日偏食均必须避免肉眼直视太阳，严禁望远镜在物镜不加巴德膜的情况下对准太阳，否则将严重损伤眼部。此次为日环食或偏食，所以相关的观测器材准备是必要的。学生个体观测可配戴专用日食眼镜，严禁使用墨镜、黑胶光盘、胶片、X光片等物件观测日食。现场活动还需配备天文望远镜（如星特朗150mm折射式）一台以上，若干双筒望远镜，均需在物镜前加装巴德膜以过滤强光。可准备两张黑纸用来小孔成像式观测日食，一张用针戳若干小洞，另一张作投影背景使用，当日偏食、日环食发生时有洞黑纸置于太阳光下，背景黑纸间隔数十厘米置于其下，则分别可看到月牙状和细环状的光影（见图2），这见证着正在发生的日食。拍摄器材：如果需拍摄日食全过程“葫芦串”照片，推荐使用全画幅或广角镜头，如果用单反相机接望远镜则注意转接环的型号，另推荐电子目镜连接电脑。

图2 上：日食眼镜；中：物镜安装巴德膜的望远镜；下：小孔成像法观测日食

4.提前模拟，关注天气。日环食食甚时段很短，只有60秒左右，为保证观测活动不因差错耽误时机，保证其有序开展，教师应提前室外模拟一次，尤其是望远镜等器材的调试和相关人员的工作分工，针对出现的问题作出修正方案。提前一周密切关注天气形势，可联系当地气象台做好云量预测，若出现阴雨天气则切换活动方案，若天气晴朗则师生需做好防晒和高温防暑措施。

三、日食原理

日食形成是因为月球的影子投射到地球表面，由于月球影子与地球的接触关系不同，则出现不同的日食类型：日偏食、日环食和日全食。太阳直径是是月球的400倍附近，理应看起来比月球更大，但日地距离恰好是月地距离的400倍附近，宇宙间这种完美巧合使得地面观测太阳与月球大致相同大小。农历初一，当月球运行到日地之间且在日地连线上时，月球的本影末端扫过地表形成圆黑斑，圆黑斑地区即发生日全食，地面看来太阳完全被月球遮蔽。由于月球公转与地球自转，圆黑斑在地表自西向东移动形成长达数千公里、宽仅为200多公里的日全食带。

图3 日环食形成示意图

日月的直径是相对恒定的，而日地距离与月地距离则会随时间的变化而变化，当满足日食条件时，月球恰好在远地点附近，这使得月球本影末端“够”不着地表，其延生的伪本影投影到地表则发生日环食（见图3a），地面看来太阳只留下一圈环状的光球层。日全食与日环食发生过程中均有日偏食，这是月球半影造成的，半影只遮挡部分太阳光线，地面看来太阳呈不同食分的月牙形。日偏食带南北宽度很大，可达六七千公里，一次日全（环）食发生时全（环）食带南北两侧数千公里可观测日偏食，越靠近全（环）食带则偏食的食分越大。

每月初一都会发生日食吗？显然不是，因为月球公转平面与地球公转平面（黄道平面）存在5°9’的夹角。夹角虽小，但足以让月球影子错过地球(如图3b)，有时本影与半影均错过地球则不发生任何日食，有时半影扫过地球高纬地区，只出现偏食。只有朔月位于地球轨道-月球轨道交点附近时才能出现全食或环食。一般来说，一年全球至少有两次机会看到日食现象，但由于食带很窄，时间和空间的局限性使单个地点观看日食概率并不高。

四、观测过程

待一切工作准备就绪后，若6月21日天空晴朗少云，则组织学生开展日环（偏）食观测活动。全体观测成员需配戴专用日食眼镜，初亏前调试好天文望远镜和摄像设备。学生分不同小组，每组组内成员分工合作填写《日食观测记录表》（见表2）。合作完成《日食观测记录表》考验着学生们动手、观察和地理实践力等能力，如学会操作手持GPS机查询当地经经纬度，如对天气的的记录就包含了辨别不同云朵的高度与类型，判断它们是否影响日食观测，再如目测太阳高度角并用实验（立竿测影法）或天文软件加以验证，又如记录和描述太阳方位的变化和月球位置的移动考查学生对天体事物运动变化的深切体悟。

教师在日食的不同阶段可抛出不同问题以促进学生观测和深入思考，以下提问供参考：

1.初亏、食甚和复圆三个时刻，说出月球相对于太阳的位置，这种位置变化的原因是？

2.北半球观察月球是自右向左遮挡太阳的，假如南半球中高纬也发生日食，请问月球遮挡太阳的方向还是自右向左吗？

3.能观测日环食的同学请思考：已知太阳的视直径是31.5’，请估算月球公转角速度。提示：由初亏到食甚时间内月球恰好公转位移一个太阳直径的角距离，已知时间、距离求速度。

4.用天文望远镜观察日面，日面是否有太阳黑子？若有请描绘太阳黑子的位置和形态，若无，请查询资料解释原因。

5.此时此刻，我们看到的月球黑影是月球的正面还是背面？分析月球背面的白天有多长，在农历的哪些日子是白天？

6. 能观测日环食的同学请注意食甚前后的日环闪光现象，查阅资料说出这种现象的名称，并分析它形成的原因。

7. 能观测日环食的同学请在食甚时通过望远镜仔细寻找日冕，若发现请拍照和绘画记录，说出日冕的形状和颜色。

8.今天是夏至日，结合所学知识和今天的观测，画出今天太阳周日视运动轨迹，并预测明天的太阳周日视运动轨迹、明天同一时刻的月球位置。

9.我们这里食甚时，计算太阳直射点所在经纬度位置。

10.根据日食发生时的周围光线和气温的变化，阐述太阳辐射对地球和人类生活的影响。

表2 日食观测记录表

*注：此表为示意表，表内省略号表示与上述单元格相同。建议每隔15分钟记录一次观测数据，食甚附近加密至间隔3分钟。

活动结束后，学生代表作PPT成果报告，教师作观测活动总结，部分照片和记录可以直接生成教学素材。对于记录表中未讨论完成的问题，学生可通过查阅书刊资料、上网等方式继续研究探讨。最后，参与活动的每位学生撰写日食观测心得体会，梳理所学所思。

参考文献

[2] 简单夜空.下一次，我们能在哪儿看日食？[N/OL].https://mp.weixin.qq.com/s/QySBobkc-oihz6lKW46tdA，2017-08-22.

作者：钟华

单位：上虞市春晖中学

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