美国当地时间2017年8月21日，北京时间22日凌晨，在以北美为中心的大片地区，只要天气条件允许，人们将有幸目睹壮观的日全食。日全食在世界上比以前吸引了更多的关注，主要是因为日全食的最佳观测区域刚刚覆盖了人口稠密、经济、技术和媒体高度发达的北美。它从美国西北部俄勒冈州的林肯海滩出发，向东南方向向南卡罗莱纳州的查尔斯顿进发。在世界各地，大量“日本粉丝”将飞往美国进行观察，一些最佳观察地点附近的酒店等设施已经供不应求。美国上一次这样的日全食可以追溯到1918年。

日食是如何发生的？

简而言之，日食发生是因为月亮经过地球和太阳之间，三个天体一般在同一条直线上，所以月亮会遮挡部分或全部太阳表面形成日食，整个日食过程的最大持续时间从开始到结束可达3小时左右。然而，在这次日食期间，月亮完全覆盖了太阳表面，也就是说，日全食持续了大约2分40秒。美国大陆上最后一次日全食是在1979年。

如图所示，当月亮遮住太阳时，它会向地球投下一个阴影区域，扫过地球表面。这个阴影区域可以分为两部分。外部区域称为半影区。半影区的观测者将看到月亮挡住了部分太阳表面，形成了一次日偏食。月亮阴影的中心部分叫做本影。在本影中的观察者将会看到月亮完全挡住太阳，形成一次日全食。然而，如图所示，因为月球非常小，而且离地球还有一段距离，所以它投射到地球表面的本影区域非常狭窄，只有少数几个地区的少数人有幸观察到了日全食。

日全食的不同阶段:

1.初始损失:由于月亮在天空中从西向东的表观运动速度比太阳快，从地球上看，月亮将逐渐从西边“赶上”太阳。因此，当日食发生时，地球上的观测者会看到月亮从西边逐渐接触太阳的西边缘。这个阶段是日食的开始，被称为初始日食。

2.日食:在最初的损失之后，将会有一次日偏食，持续大约一个小时。在此期间，月球将继续相对于太阳向东移动，覆盖越来越多的太阳表面。地球上的观察者会感觉到天空越来越暗，温度会显著下降。这一过程一直持续到月亮的东边缘最终接触到太阳的东边缘。整个太阳都被月亮遮住了，天空陷入一片漆黑。真正的日全食开始了。在太阳完全被遮住之前，当最后一缕阳光停留在太阳表面的最东边时，就会形成一种令人眼花缭乱的“贝利珠”现象，这种现象是在阳光穿过月球表面崎岖的山谷时形成的。这个阶段叫做“石级”。“吉”这个词的意思是“完成”。顾名思义，从月球改造而来的“大狗”已经完成了“吞噬”正常辐射的太阳。

3.恶心:理论上讲，这是日全食的高潮。它的意思是月亮的圆表面的中心和太阳的圆表面的中心基本上彼此重合。然而，与其他时刻相比，很难区分日食的时间。

4.光的产生:月亮的视觉运动继续向东。当月球表面的西边缘逐渐离开太阳的西边缘时，或者当月球的西边缘切入太阳的西边缘时，阴影下的阳光将再次照耀，太阳表面的西侧将再次出现“贝利珍珠”现象，这宣告了日全食阶段的结束。

5.最后一次接触:这是整个日食观测的最后一章。随着月亮继续向东运行，太阳逐渐恢复其耀眼的光辉，整个日食过程结束了。

在哪里观测到日全食？

这次日食的观测区域覆盖了相当多的人口。除了横跨美国14个州的日全食带之外，在整个北美，加上南美部分地区、欧洲和非洲部分地区，至少可以看到日偏食。当然，离日全食区越远，可以看到的日偏食越少，被太阳覆盖的面积越小。

当然，如果你想观察日全食，你必须在日全食区。这次日全食的本影宽约70英里(112公里)，从美国西海岸向东南延伸至东海岸。北美第一个见证日食美景的地方应该是美国西北部俄勒冈州的林肯海滩，时间是当地时间8月21日上午9: 05(北京时间8月22日上午00: 05)。在林肯海滩，月亮完全遮住了太阳(日蚀)。日全食大约在当地时间上午10: 16开始(北京时间8月22日上午1: 16)。

在接下来的一个半小时内，日全食带将迅速穿过俄勒冈州、爱达荷州、怀俄明州、蒙大拿州、内布拉斯加州、爱荷华州、堪萨斯州、密苏里州、伊利诺伊州、肯塔基州、田纳西州、乔治亚州以及北卡罗来纳州和南卡罗来纳州的部分地区。它将于当地时间11日下午14: 48到达南卡罗来纳州查尔斯顿附近的大西洋(北京时间22日凌晨2: 48)。最长的日全食预计将发生在美国伊利诺斯州的卡本代尔，那里的太阳将被完全遮挡2分40秒。

日全食观测背后的科学价值

日全食的发生为人类历史上了解太阳的性质提供了重要的机会，也对人类自然科学的发展起到了重要的作用。

太阳最外层的大气结构是日冕，这是一个异常高温的区域，比底层大气高几百万度。然而，由于该区域物质密度低，电晕层的亮度非常低，无法正常观察到。日全食覆盖了太阳系，因此有效地暴露了日冕。人类对日冕结构的最早观察来自日全食时期。

今天，当人造日冕已经被开发出来时，科学家可以使用这种特殊的仪器在望远镜的视野中人工覆盖太阳表面，产生类似日全食的效果，从而观察日冕。目前，这项技术已经广泛应用于地面和空间望远镜。然而，即使如此，人工日冕仪提供的视觉也不能完全取代日全食。换句话说，月球是比人工技术好得多的自然日冕仪。它能使科学家获得对日冕结构最完整和详细的结构观察。

此外，在历史上，没有英国科学家爱丁顿对日全食的观察，爱因斯坦的广义相对论是无法验证的。爱因斯坦在1915年的广义相对论预言了光在引力场中的弯曲特性，但是这种前所未有的颠覆性思想需要通过观察来检验。

1919年5月，爱丁顿在非洲几内亚湾的普林西普岛上进行了一次日全食观测，证实了当日全食发生时，可以观察到恒星在太阳附近的位置和星图标记发生了变化，而且变化量与爱因斯坦理论的预测值相一致，从而证明了爱因斯坦理论的正确性，使爱因斯坦闻名于世。爱因斯坦和爱丁顿的故事在超越国界和敌对国家关系的世界科学史上一直是个好故事。

事实上，在这次北美日全食期间，也有一些业余爱好者和专业科学家计划在那一年重复迪顿所做的工作，并利用当前的技术进步来大大提高观测精度。美国宇航局和整个西方科学界还将使用前所未有的专业设备，在日全食期间，通过地面、飞机、气球和太空中的大量观测设备，对太阳进行前所未有的全方位观测。

关于日食的几个常见误解

从人类有文字记载的最早时间起，就有日食的记录，这表明人类祖先已经注意日食很久了。随着我们对自然规律理解的加深，我们很早就知道了日食的性质，并能做出非常准确的预测。尽管以前的许多误解已经被科学地纠正了，但事实上一些常见的误解仍然存在。

问题1:日全食会产生伤害眼睛的有害射线吗？

当日全食发生时，月球完全遮蔽了太阳，从而暴露出一个通常看不到的壮观日冕。日冕只发出传统的太阳电磁辐射，科学家们已经研究了几个世纪。尽管日冕的温度很高，但由于它的材料很薄，它的亮度比太阳本身低一百万倍。在这种情况下，再加上太阳离地球1.5亿公里，必须穿过地球厚厚的大气层，说它会损害我们的眼睛是完全站不住脚的。当然，如果你在太阳完全被遮住之前用肉眼直接看它，它很可能会造成视网膜损伤，但这与日全食无关！

问题2:如果你怀孕了，你不能看日食，因为它会伤害你的宝宝？

事实:这个谣言和第一个有“相同的效果”，都说在日全食期间可能会产生一些有害射线，但是这是错误的。如前所述，日全食期间太阳产生的电磁辐射不会对人体造成任何伤害。然而，如果我们想更深一点，确实有一个来自太阳的粒子会不断穿过我们的身体。这是太阳内部核反应产生的中微子。中微子几乎可以穿过任何物体而不被阻挡，包括你和我的身体，甚至月亮，整个地球或太阳在它面前基本上是透明的。事实上，此时此刻，每隔一天或一夜，数万亿来自太阳的中微子都会穿过你的身体，因为中微子并不在乎夜晚整个地球是否会阻挡你。尽管如此，你根本感觉不到任何东西，没有人会感觉到任何东西，中微子一直存在，与日全食毫无关系。

问题3:日全食是一个不祥的征兆吗？

这个谣言有点像说彗星是太阳的不祥版本。许多人也可以举出许多例子。某某灾难发生在彗星出现的晚上或日食发生的那天。在心理学中，这种情况被称为“确认偏见”，这意味着我们经常选择性地回忆或记下一些事件或细节，而忽略不利于或与我们的信念相矛盾的证据或事实来支持我们的片面观点。

事实是，没有证据表明人类历史上的厄运或灾难与彗星或日食有关联。

问题4:在地球的北极和南极永远不会有日全食？

从天文学的角度来看，地球的北极和南极与其他地区相比没有什么特殊性。例如，最近一次发生在地球北极地区的日全食发生在2015年3月20日，当时日全食带直接穿过北极，而且是在春分点。在地球的南极，最近一次日全食发生在2003年11月23日。

问题5:每次日全食时都能观测到壮观的日冕吗？

人们习惯于把当前的现象视为理所当然，但这种观点在太阳问题上可能是错误的。例如，我们过去认为太阳会有规律地遵循11年周期，我们也把它列入了教科书。然而，我们也知道历史上有许多不遵循这个循环的异常现象。例如，所谓的“蒙德极小值”出现在18世纪，太阳的11年周期似乎已经消失。

在古希腊文献中，科学家发现了许多日全食的记录。然而，奇怪的是，在这些记录中，很少或根本没有提到日全食期间观察到的明显的日冕现象。

直到1715年5月3日，哈雷的日全食记录中才出现了对日冕的最早描述。这是否意味着太阳1000多年来没有明显的日冕结构？我们不知道这个问题的答案，也许我们永远也不会知道。