日全食怎么看：2027 年路径与下一次日全食

这个模型展示什么

日全食发生在月球正好走到太阳和地球之间，并且它深色的内影，也就是本影，落到地面上的时候。只有身处那条狭窄的路径之内（通常宽 100 到 250 km）的人，才能看到太阳被完全遮住。陆地上的下一次日全食在 2027 年 8 月 2 日：路径穿过西班牙南部、摩洛哥、阿尔及利亚、利比亚、埃及、沙特阿拉伯、也门和索马里，在卢克索附近，太阳被遮住约 6 分 23 秒，是本展品收录的 2026 年至 2060 年日食目录中全食时间最长的一次。

舞台有两种视角。在太空视角里，地球、月球和两个影锥画在 NASA 预报日食所用的同一个坐标系中，地球会转到你所选日食的精确时刻。白天一侧的暗斑，是对地面每一点算出的影子，橙色的带就是全食路径。在天空视角里，你站在一座城市里抬头看：月球滑过太阳，最后的阳光碎成光珠，日冕出现，天空暗了下来。本页所有时刻和时长，都来自 NASA 公布的日食根数，把根数换算成城市时刻的程序，也已对照 NASA 自己的表格检验过（详见后文）。

有一件事比什么都重要。绝不要用肉眼、普通太阳镜，或者没有合格太阳滤光片的相机、双筒望远镜、望远镜去看太阳。日食眼镜必须符合国际标准 ISO 12312-2。唯一可以摘下它的安全时刻，是全食进行的那几分钟，第一粒明亮的光珠一回来，就要立刻戴上。

两种影子，两类日食

月球一侧被太阳照亮，像任何物体一样把影子投向太空。太阳不是一个点，而是视直径约半度的圆盘，所以这个影子分成两部分。

半影是月球遮住太阳一部分、但没有遮住全部的区域。它在月球背后像一个越来越宽的锥展开，到达地球时直径大约 6,800 km。身处其中的人看到的是日偏食：太阳被咬去一口。

本影是月球遮住整个太阳的区域。它是一个在月球背后逐渐变细的锥，在约 374,000 km 外汇成一点。月球到地球表面最近点的平均距离约为 378,000 km，所以在平均距离时，本影的尖端离地面还差几千公里。这时，处在影轴下的人会看到月球周围有一圈阳光：这就是日环食。只有当月球靠近轨道的近地点时，本影才够得到地球，这时沿着一条窄带出现的就是日全食。

日全环食（也叫混合型日食）是两者罕见的混合。地球表面是弯的，所以路径中央比两端大约近一个地球半径。如果本影的尖端正好落在这两个距离之间，那么日食在日出和日落附近是环食，在中间是全食。2001 年到 2100 年间，NASA 的目录列出 224 次日食：77 次偏食、72 次环食、68 次全食和 7 次全环食。

打开真实距离，就能看到没有被舞台通常的压缩缩短的真实长度。月球移到距地心所在平面约 56 个地球半径的地方，在压缩视图里看起来那么长的暗锥，几乎够不到地面。

月球为什么刚好能遮住太阳

太阳的平均半径是 695,700 km，月球是 1,737.4 km，比值约为 400。太阳的平均距离是 1.496 亿 km，月球是 384,400 km，比值约为 389。这两个比值几乎相同，所以在我们的天空里，两个圆盘看起来差不多一样大：各约半度。

「差不多」正是日食有各种类型的原因。月球的距离在每一圈轨道上都在变化，平均近地点约 363,300 km，平均远地点约 405,500 km，而地球到太阳的距离在一年里也变化约 3%。月球看起来比太阳大时，就可能出现日全食；看起来比太阳小时，最多只能是日环食。NASA 给出的食甚时的食分表达的就是这一点：2027 年 8 月 2 日的食分是 1.079，月球看起来比太阳宽近 8%，所以那次全食特别长。

为什么不是每个月都有日食

每次新月，也就是约每 29.5 天，月球都会走到地球和太阳之间。大多数月份却什么也不会发生，因为月球轨道相对地球公转轨道面倾斜 5.145°。在多数新月，月球从我们天空里太阳的上方或下方稍稍掠过，影子完全错过地球。

要发生日食，新月必须落在两个交点之一的附近。交点是月球轨道穿过地球轨道面的两个点。太阳每年与交点连成一线两次，所以日食以「食季」的形式出现，大约相隔六个月。这就是为什么目录里的日期是 2026 年 2 月和 8 月、2027 年 2 月和 8 月，然后是 2028 年 1 月和 7 月：交点在转动，食季每年提前约 19 天。

每个食季，地球上某处至少会有一次日食，但大多数是偏食或环食，日全食只覆盖地球上很小的一条带。NASA 用γ 值表示影子打得多正：它是食甚时影轴到地心的距离，以地球半径为单位。γ 接近 0，说明影子打在白天一侧的正中；接近 ±1，说明只是擦着边缘。2027 年那次的 γ 为 0.1421，几乎是正中。2033 年经过阿拉斯加的那次 γ 为 0.9778，所以它的路径偏北这么远，宽达 781 km：影子斜着打到地球上，被拉宽了。

全食路径

如果地球不转，本影会以约 3,500 km/h 的速度扫过地球（NASA 2027 年的根数让影轴每小时移动 0.545 个地球半径）。地球自转带着地面朝同一个方向，也就是自西向东运动，所以影子相对地面的速度要低一些。在舞台上，影子速度读数会逐刻给出它：2027 年 8 月 2 日在卢克索附近约为 2,400 km/h，而在路径的起点和终点附近，影子以很小的角度擦过弯曲的地球，速度要快许多倍。

路径的宽度取决于月球有多远，以及影子以多陡的角度落到地面。NASA 给出的食甚时宽度，2027 年是 258 km，2035 年是 116 km。舞台用同样的根数，每 30 秒算一次路径的边缘：在每个时刻，找出影轴与地球相交的位置，算出影子相对于转动地面的移动方向，再向两侧推出本影的半径。结果就是那条橙色的带。它的边缘就是界限：刚进界限之内，全食只持续几秒，在中心线上持续最久。

为什么地图上的带是弯的？影子在太空中几乎沿直线运动，但地球是一个转动的球，朝向或背离太阳倾斜，所以路径在地球上会弯曲。8 月时北半球朝向太阳倾斜，2027 年的路径从大西洋出发，经过直布罗陀，穿过撒哈拉到红海，再到非洲之角，划出一道弧。

从地面上看到什么

切换到天空视角，选一座城市，拖动时间。各个阶段按固定的顺序出现，以两个圆盘边缘之间的四次接触命名。

第一次接触（C1，初亏）。 月球边缘碰到太阳边缘。有一阵子看不出任何变化，因为即使太阳被遮住 30%，仍然亮得让人察觉不到变暗。偏食阶段通常持续一个多小时。透过滤光片，可以看到缺口越来越大。

光线变了。 太阳被遮住 80% 到 90% 时，日光变得苍白，影子变得锐利，因为光线现在来自一弯细细的月牙。剩余日光读数给出太阳圆面仍可见的比例；被遮住 99% 时还剩 1%，而这 1% 依然亮得根本不能直视。

贝利珠。 月球边缘并不平滑。几公里深的山谷，让最后的阳光在几秒钟里分成一个个光点透出来。天空视角画出的月缘有大约这么深的山谷，所以光珠出现的时刻大致正确，不过为了看得见，光晕画得比实际大。它们以弗朗西斯·贝利命名，他在 1836 年的日环食时描述了这一现象。

钻石环。 只剩一粒光珠时，它在微弱的日冕辉光旁闪亮，像戒指上的宝石。接着最后一粒光珠熄灭，全食开始（第二次接触，C2，食既）。

全食。 明亮的圆面消失了。色球，一层薄薄的粉红色气体，在边缘闪现片刻，还有被称为日珥的粉红色气舌。黑色的月球周围展开的是日冕，也就是太阳的外层大气，温度超过一百万度，却暗得很，只要还有一丝明亮的日面露出，就看不到它。天空变成深深的暮色蓝，四周的地平线都在发光，因为那里的光来自影子之外、只有偏食的地方。明亮的行星和恒星可能出现。

第三次接触（C3，生光） 以又一次钻石环和月球另一侧的更多光珠结束全食，然后偏食阶段倒着走完，直到第四次接触（C4，复圆）。

舞台上的按钮初亏、全食开始、食甚、全食结束和复圆，会为你选的城市跳到每个时刻。读数显示当地时间、太阳高度、被遮比例，以及到全食开始或结束的倒计时。

眼睛的安全

NASA 的日食安全页面、美国天文学会（AAS）和韩国天文研究院（KASI）给出的规则是一致的。

• 除了全食期间，看太阳唯一安全的办法是透过太阳滤光片：符合 ISO 12312-2 的日食眼镜或手持观察器，或者装在望远镜、相机前端的专用滤光片。
• 普通太阳镜，哪怕颜色很深，也不安全。熏黑的玻璃、曝光过的底片、几副太阳镜叠在一起，同样不行。
• 即使戴着日食眼镜，也绝不要透过相机、双筒望远镜或望远镜去看没有遮挡的太阳：光学器件会把光聚在一起，烧穿眼镜的滤光片，直接伤到眼睛。
• 全食期间，而且只有这时，才可以摘下滤光片去看日冕。钻石环或第一粒光珠一回来，就立刻戴回去。
• 日环食永远不会变得安全。那一圈明亮的环，是太阳表面的一部分。
• 如果你在全食路径之外，那么哪怕被遮住 99%，也没有任何一刻可以不戴滤光片。

AAS 保存着一份经过核查的日食眼镜供应商名单，因为在几次大日食之前，市面上出现过印着 ISO 编号的假眼镜。KASI 的日食公告同样提醒，不要在没有太阳滤光片的情况下使用望远镜、相机或太阳镜，并建议即使透过滤光片，每次也不要连续看超过 3 分钟。

天空视角遵循这些规则。在每个偏食阶段，它的横幅都是红色警告，只有太阳被完全遮住时才换成绿色提示。太阳滤光片开关显示透过滤光片看到的样子：黑色天空上的一个橙色圆面，没有日冕。

接下来的日全食

表中列出未来几年的日全食，以及 NASA 给出的最长时间（食甚时中心线上）和路径经过的国家。「操作」页里的目录有 43 次日食，包括历史上的，可以搜索、筛选，也可以按持续时间排序。

2027 年 8 月 2 日：西班牙、北非和卢克索

这是大多数人会专程去看的一次日食。影子大约在 UT 08:45 于直布罗陀海峡登上陆地。按城市中心计算：加的斯的全食为 2 分 53 秒，马拉加为 1 分 50 秒，而刚好在路径以北的塞维利亚只被遮住 98.3%，天不会黑下来。越过地中海，路径覆盖摩洛哥北部和阿尔及利亚，沿着利比亚海岸延伸。突尼斯城在路径之外，被遮住 97.1%，开罗为 94.8%。卢克索靠近食甚点：城市中心的全食持续 6 分 20 秒，太阳高度 82°，几乎在头顶。沙特阿拉伯的吉达为 6 分 0 秒。

2033 年 3 月 30 日：阿拉斯加

影子从白令海峡进入，穿过阿拉斯加西部和北部，从北冰洋离开。在诺姆，全食持续 2 分 30 秒，当地时间约 09:47，太阳只比地平线高 8°；在乌特恰维克持续 2 分 36 秒。安克雷奇在路径之外，被遮住 96.7%。低矮的太阳、积雪和春季天气，是这里要考虑的几点。可以把诺姆的天空视角里的太阳大小调小，让地平线和暮光的辉光进入视野。

2044 年 8 月 23 日和 2045 年 8 月 12 日：美国

2044 年的日食在蒙大拿州和北达科他州的日落时分结束；在靠近南缘的大瀑布城，全食只持续 22 秒，太阳高度 5°。一年后的 2045 年 8 月 12 日，中心线横穿整个国家：加利福尼亚北部、内华达、犹他、科罗拉多、堪萨斯、俄克拉何马、阿肯色、密西西比、亚拉巴马和佛罗里达。奥兰多的全食为 5 分 47 秒，太阳高度 76°，而达拉斯在路径之外，被遮住 92.8%。最长的 6 分 6 秒出现在加勒比海上空。

在这两次之间，2028 年 7 月 22 日，全食经过澳大利亚和新西兰：悉尼的全食为 3 分 49 秒，达尼丁为 2 分 51 秒。

2035 年 9 月 2 日：朝鲜半岛北部和日本

2035 年的路径从中国北部（北京：1 分 33 秒）出发，穿过朝鲜半岛北部，那里平壤的全食为 1 分 48 秒，元山为 2 分 8 秒，再越过日本中部（富山：1 分 15 秒，水户：2 分 32 秒）。首尔在路径以南，被遮住 96.5%，东京为 99.4%。

2026 年 8 月 12 日，已经过去

2026 年 8 月 12 日的日食在傍晚穿过格陵兰、冰岛西部和西班牙北部（雷克雅未克：1 分 1 秒）。在瓦伦西亚，全食出现时太阳只比地平线高 4°。

你的城市：下一次日食

「操作」页里的你所在城市的日食一节，会针对 35 座城市，算出从今天到 2100 年间，在初亏到复圆之间太阳有一段时间在地平线以上的每一次日食。对每一次，它都显示日期、太阳面积被遮住的比例（食分面积），以及这座城市是否在全食或环食路径之内。它还会挑出下一次日全食，和 2100 年前最深的一次。

有几个结果说明了，对一个地点来说日全食有多罕见。纽约的下一次日全食在 2079 年 5 月 1 日。巴黎和伊斯坦布尔要等到 2081 年 9 月 3 日。首尔、东京、马德里、伦敦和珀斯在 2100 年前一次也没有，不过悉尼在 2028 年 7 月 22 日有 3 分 49 秒。对首尔来说，本世纪最深的一次是 2035 年的 96.5%。

改变了科学的日食

1851 年 7 月 28 日。 在普鲁士柯尼斯堡天文台工作的朱利叶斯·贝尔科夫斯基，拍下一张银版照片，这是第一张成功的日全食照片。

1868 年 8 月 18 日。 路径经过印度。让·詹森在贡图尔观测时，在日珥的光谱中看到一条明亮的黄线，与任何已知元素都对不上。诺曼·洛克耶后来把它归于一种新元素，氦。

1919 年 5 月 29 日。 前往普林西比岛（阿瑟·爱丁顿）和巴西索布拉尔（安德鲁·克罗梅林）的观测队，拍下了被遮住的太阳附近的恒星。这些恒星的位置发生了偏移，偏移量约等于爱因斯坦广义相对论预言的、太阳引力使光线弯曲的数值，戴森、爱丁顿和戴维森在 1920 年作了报告。

1973 年 6 月 30 日。 协和 001 号原型机以 2.05 倍声速在北非上空追着影子飞行。机上七位观测者在全食中停留了 74 分钟，比任何地面观测点都长得多，并用这段时间做了红外和色球测量。

2017 年 8 月 21 日和2024 年 4 月 8 日横穿美国（2024 年还有墨西哥和加拿大），对许多人来说，这是第一次手拿日食眼镜看到的日全食。

时刻是怎么算出来的

NASA 并没有为每个城镇单独发布一份清单。它发布的是贝塞尔根数：每次日食只有几个数，写成时间的短多项式，描述月影落在一个过地心、与影轴垂直的平面（基本平面）上的情形。对每次日食，它们给出：

• x 和 y：影轴穿过该平面的位置，以地球半径为单位；
• d 和 μ：影轴的方向（赤纬）和它的时角，两者合起来说明地球在影子下转到了什么位置；
• l₁ 和 l₂：半影和本影在该平面上的半径；
• tan f₁ 和 tan f₂：这两个半径沿影轴变化的快慢。

对纬度为 φ、经度为 λ 的观测者，程序先算出观测者在同一坐标系里的位置（ξ、η、ζ），并考虑地球的扁率。然后，在任一时刻：

• 观测者所在高度处的影子半径为 L₁′ = l₁ − ζ tan f₁ 和 L₂′ = l₂ − ζ tan f₂；
• 观测者到影轴的距离为 Δ = √((x − ξ)² + (y − η)²)；
• 食分为 (L₁′ − Δ) / (L₁′ + L₂′)；
• 当 Δ < −L₂′ 时是全食，当 Δ < L₂′ 时是环食。

食甚是 Δ 最小的时刻。各次接触是 Δ 等于 L₁′（C1 和 C4）或 |L₂′|（C2 和 C3）的时刻，每一个都用几轮牛顿法求出。太阳面积被遮住的比例，由两个视半径及其间距，用两个圆的重叠面积算出。这些是《天文年历解释增补》和让·默斯的《日食根数》中的标准公式。

2026 年至 2100 年全部 169 次日食和历史日食的根数，来自 NASA 的日食搜索引擎（弗雷德·埃斯帕纳克），它列出了《五千年日食典》背后的多项式根数。程序已与 NASA 的三个来源作了对照：

• NASA 在线计算器。 对 35 座城市和 169 次日食中半影到达该城市的 2,259 对组合，日食类型每次都一致，食分一致到 0.00001，被遮比例一致到 0.005 个百分点，每个接触时刻的差都小于 0.1 s。
• NASA 路径表。 在 12 次日食（1919 年到 2045 年）中心线上的 266 个点，算出的全食时长与 NASA 表中的值相差不超过 0.21 s。
• NASA 目录。 对目录中全部 43 次日食，食甚时刻相差在 1.2 s 之内，中心持续时间相差在 0.5 s 之内（NASA 取整到秒）。

这个模型简化了什么

• 沿影子方向的距离缩短了约 9 倍，这样月球、地球和影锥才能放进同一个舞台；垂直于影子方向的宽度是真实的。真实距离会撤销这种缩短。太阳画得太近、太小。
• 地球画成一个球。计算用的是扁平的地球，但每座城市都按海平面处理，地平线附近的大气折射也被忽略，所以刚好在地平线以下的太阳算作已落下。
• 地球的自转取决于 ΔT，即均匀时间与地球实际自转之间的差。NASA 的根数用的是预测的 ΔT（2027 年为 76 s）。未来的值不可能精确知道；几秒钟的误差，会让路径向东或向西移动一两公里。
• 月球边缘画的是人为设计的、几公里深的山谷。真实的光珠要按实测的月面轮廓出现，这会让接触时刻差一两秒，这里没有建模；NASA 的表格也用光滑的月球。
• 日冕是画出来的，不是照片。它的形状随太阳活动周期变化；舞台用的是通用的形状，在太阳赤道附近有长长的冕流。
• 天空视角的亮度随太阳可见的比例变化；全食时的天空和地平线辉光，是按全食照片的样子画的，并非实测。