第十四章
月食和日食

现在我们谈到一个伟大、惊人、有目共睹的自然现象。在一个美丽的日子里，无云的晴空上，炫目的日轮发光的表面逐渐缩小，终于连最后的一线光辉也完全消逝了，大地变成黑夜。这样奇妙的情景，将给我们一种怎样难忘的印象呀！ 如果你不知道这是月亮暂时掩蔽了光明的太阳，是我们卫星的运动所造成的不可避免的结果，你怎么能不恐惧这黑夜的忽然降临而想象是妖精在作怪或神灵在发怒呢？ 事实上，在任何时代，任何未开化的民族的心理上，都有这样的看法，许多民族以为是一条看不见的龙把太阳吞食掉了。月食的现象也造成类似的印象〔我国民间传说认为是天狗吞月。——校者注〕，人们总恐惧天上的运动失去了和谐。不久以前，每当日食、月食发生的时候，许多人还敲锣打鼓去恐吓这条龙，叫它吐出它所吞食的太阳或月亮。

许多年以来，日食、月食和彗星都被人当作是不可避免的灾祸的预兆。举一个在法国发生的例子来说：在人们知道1560 年8月21日将有日食的时候，有些人以为国家将有政变，罗马将要毁灭；有些人以为洪水将要重新淹没世界；还有人以为地上将有大的火灾，至少空气里也会染上瘟疫。相信这些灾祸的人很多，许多被吓昏了的人遵照医生的嘱咐，把自己关在密闭的、烧暖的、熏香的地下室里，以便躲避邪恶的影响。帕蒂特有这样一段记载，他说：当日食的日子快要到来的时候，恐怖达到了高潮。一位乡村教堂的神父由于做忏悔的人众多（人们以为死期将近），无法应付，不得不登上讲坛，向他们宣布说“各位不要着急，因为悔罪的人太多，日食延期两星期以后举行”。这些善良的农民自然相信日食延期这个说法，因为他们所相信的只是日食所带来的灾祸。这也是因为在1560年间法国正当内战扰乱的时期，日食的预告很容易在人民的精神上激起很大的恐怖。可是45年以后，在亨利四世的统治期间，1605年10月的日食只引起史学家埃斯多瓦尔（Estoile）的一段笑话：“这时节，有一些怪病流行在巴黎，在本月15日太阳被吞食以前，有一些人已经先被疾病吃掉，看不见日食了。”

我们认为，有记载的最早的日食，发生于公元前2137年10月22日，这一记载是从中国的古书中找到的。据说，当时的御前天文学家羲、和两个人沉湎于酒，忽略了观测天象，严重地懈怠了工作，没有事前预告使人准备，以致在日食发生的时候，射者不执箭，乐人不击鼓，不能去恐吓恶魔叫它吐出所吞食的太阳。虽然太阳并没有被恶魔食掉，可是惊慌未定的中国皇帝却把羲、和处死了〔这是指我国《尚书·胤征》所载“羲和湎淫，废时乱日，胤往征之”。——译者注〕。天文学家米切尔（Mitchell）风趣地说道：“所以，从那时以后，每逢日食，没有一位天文学家敢沉湎于酒了！”因日食、月食的影响，在历史上发生的可记载的事实实在不少。历史上最有名的日食当推古希腊七贤之一的泰勒斯所预言的一次。古希腊史学家希罗多德（Hèrodotos）曾经记载说：“吕底亚（Lydia）和米底亚（Media）两国，兵连祸结，胜负未分，业已五载。在第六年里某一次战斗正激烈的时候，忽然天昏地暗，黑夜骤临。战士们以为上天示警，立即抛下武器修好言和。”这次日食，竟出人意料地消除了一场战争。据天文学家计算，那次日食发生在公元前585年5月28日午后。

这是由史事去追寻古代日食的日期，而日食的日期亦可用以考证年代学上的往事。亚历山大在阿贝拉（Arbela）战争以前，在军中看见月全食，曾向造成这种现象的日、月、地三大神灵献祭致敬。雅典统帅尼希厄斯（Nicias）的死亡，大军在西西里的消灭，以至雅典的衰颓，都被归咎于某一次月食。据说，哥伦布在牙买加的时候，加勒比人要将他和他的随从饿死，他宣言如果加勒比人不给他食物，他那夜就不给他们月光。月食刚一开始，加勒比人就投降了。这一次月食发生在1504年5月1日，在欧洲曾经有两位有名的天文学家观测过那天晚6时牙买加岛所看见的月食。

自从人们明白日食、月食是日、月、地三大天体的运动组合成的自然的不可避免的结果，自从人们知道这些运动都是确定的永恒的，因而可以用计算的方法预知未来，或者追溯过去发生的日食、月食之后，这些现象就不再引起人们丝毫的恐怖了。18世纪一位名叫潘格雷（Pingré）的天文学家计算了3 000年来所有的日食、月食，1887年奥波耳子（Oppolz-er）发表了《食典》一书，记载了从公元前1208年至公元2161年的8 000次日食和从公元前1207年至公元2163年的5 200次月食。

今天我们都知道，当围绕地球运行的月亮走到太阳和地球中间时就造成了日食；至于月食，那是月亮在地球背后，被地球挡住了射到月面上的日光所造成的现象。这两种现象在性质上是有一点差异的。日食的情况，因观测者在地球上的位置不同，所看到的食的程度也就不同。这里看到的是全食或环食，那里看到的不过是偏食，而且偏食的成分又有多少的不同；同时，也还有些地方完全看不见食的。可是，在月食的情况下，因为月亮进入地影的时候，是全部或者一部分不被日光照着，所以在看得见月亮的半个地球上的人们看来，月食现象都是相同的。

所以月食的推算比日食简单得多，因为对于月食，我们只需算出对于所有观测者的一般情况就够了。但是对于日食，就不能只说一般情况，因见食的情况随地区而大有变化，而且能见全食或者环食的地带，实在是很狭窄的。由于古人不如今人这样确知月亮的运动，所以没有办法确切地预推日食。他们却更容易预言月食，只把它当作是一个周期现象，每隔18年零11日差不多照样重演一遍，所以只需观测记录下来的前一个周期里一切月食的情况，就可以相当准确地预言下一周期里所有的月食。

由于现在我们对于月亮的运动比古人知道的确切得多，我们可以在很多年甚至许多世纪以前，预先计算日食的一般情况和日食在各地发生的细节。同样，我们也可以上溯过去发生过的日食，在什么地方曾经看见，用它去考证历史上有争议的年代，或某一个史事发生的日期。在下一节内，我们将对这些现象详细说明。

日食总是发生在新月朔日，月食总是发生在满月望日。这个事实使得人们很早就去猜度它的原因。新月时，月亮经过地球和太阳之间，可能遮掩着太阳光辉的一部或全部；满月时，地球在月亮和太阳之间，可能阻挡了日光射到月面上去。知道了这一点，一切都容易解释了。

假使月绕地转和地绕日转，两个轨道都同在一个平面内，那么每逢新月，必有日食。但是我们已经说过，月亮常在黄道面的上边或者下边经过，所以不是每逢新月便有日食；同样，也不是每逢满月便有月食。

读者再研究一下图187，便很容易明了日食、月食发生的缘由。图上部是发光的太阳，下部是有月亮伴随着的地球。我们可以看见月亮是绕着地球在运行。满月时，如果月亮穿过地球的黑影（图的最下部），它就受不到太阳光的照射，这便产生月食。月食有全食或偏食，这需要看月亮是全部或者部分没入地球的黑影而定。在这个完全黑暗的地影（叫作本影）的两旁，还有所谓半影的，这是因为太阳不是一个发光点，而是一个在我们眼里张有32′的球，有一部分日光可以进入半影里去。新月时，如果月亮恰好经过日面，月亮背后拖着的黑影正好落在我们的头上，这个黑影在地球面上描出一个椭圆形的黑圈。地球的自转和月亮绕地球公转的综合，又使这个黑影在地球面上一定的地区内扫过。在这个黑影经过的地方，人们看见太阳被遮蔽了一会儿，这便是日食；如果月亮正好和我们相当接近，它的视直径大于太阳的视直径，这便演成日全食；如果月亮在它的轨道上适逢离开我们最远，月轮盖不满日轮时，便形成日环食（图197）；如果日、月两轮的中心不相合，月亮只能掩盖日轮的一部分，这叫作日偏食。在一个地区看到日全食的机会是异常稀罕的。

这便是日食、月食的一般理论。现在，让我们先从月食开始，详细研究一下这些现象。

◀ 月 食 ▶

月亮虽然比太阳小得多，但是因为它和我们很接近，所以从地球上看去，月亮和太阳在我们眼里所张的角度差不多是相等的。我们曾经说过，因为日月两球和地球的距离随时在改变，所以它们的大小在我们眼里有差别，月轮的直径比起日轮的直径也时大时小。

地球背着太阳的半面拖着一个圆锥形的黑影，长达地球赤道半径的217倍，即138. 4万千米。在月亮和地球的平均距离38. 44万千米处，地影约比月亮大3倍（2. 7）。我们的卫星经过这个黑影时，可以全部淹没在这个黑影里面。

月全食开始时，月球东边沿上的光先开始黯淡，起初还觉察不到，接着便愈来愈显著，那时月亮已经进入半影（图184）。随后，月轮上发生一个小缺口，这个缺口愈来愈侵蚀光明的圆轮，这时，月亮渐次进入了本影。缺口的边沿是圆形的，这是地球是球形的最早的证据，因为物体的阴影显然是和它的侧面像同形的（参看图4）。

月食的一般情况是这样的：起初，黑影是蓝灰色的，被食部分的细节辨别不清楚；黑影侵入月轮以后，被食部分变为红铜色，同时主要黑影的细节也更容易看清楚了；一达到全食的时候（食既），整个月轮都变成了红色。可是即使在同一次的月食里，这种颜色也是有变化的。月亮越过了地影的整个宽度以后，从那里走出，先露出一丝明亮的娥眉后逐渐扩大起来。因月绕地运行是由西向东，或者说由右向左，所以它的左边或者东边首先进入地影，开始被食，也同样是这一边开始走出地影而生光。

在月全食时，我们还是可以看得见月亮，原因是由于日光的折射，日光经过地球最密的低层大气变成了折射，然后把它像夕阳那样的光投射在月面上去。这个解释首先是由开普勒提出的。这些在地球大气里走了相当长的路程、被折射到影锥里去的光线，照耀着月面。如果这些光线在地球大气里遇着云雾或者透过从火山喷出的悬在空中的灰尘，这些光线便变弱了，被食的月亮也就没有那样鲜明了。所以我们看见的月食有时亮有时暗，是不足为奇的。喀拉喀托火山爆发之后一年，大气里直至离地70 千米高处都还有灰尘。1884年10月4日的月全食，看上去是一个灰色的轮，巴黎地区虽逢晴夜，但这个被食的月轮也只能模糊地看见。

有些月食异常的明亮，在有些观测者眼里，它不仅具有红铜的颜色，甚至还被以为是满月，不过，这只是一种过于夸大的说法。在最高的月全食时，人们用肉眼很容易在被食的月轮周围看见星星，这是因为没有月光干扰之故。最常见的现象是月球上各区的明亮度不是均匀的，近影心的部分黯淡无色，别的部分却带着有特征的红铜颜色。这种各部分不一样亮的现象，使得全食的月亮不会和满月发生混淆。

有人以为全食了的月亮在天上是完全看不见的，对这种另一极端的看法，也该保留地对待。如果天气晴朗，这绝不会是看不见的；当然，被食的月在地平线上的雾气里，特别是在黄昏或者黎明的时候，也许不会引起观测者的注意。有人常举出完全看不见的月食，例如1601年的一次月食，但是，那一次只是偏食而已！ 还有一些看不见的月食，那只是因少数人在不利的气候下观测的缘故，并不是应该食而不见食的。

自古以来，就有人说到一个似乎不合理的现象，那就是在一个地方同时看见落日和初升的被食之月（或者初升的太阳和快落下的被食之月）。因为食的时候，日、地、月必须在（至少大约在）一直线上，又因视差的效果使得观测者看到地平线附近的月亮下降了约有1°，这种同时看见的现象似乎不可理解。不过，蒙气差（或称天文折光）使日、月两圆轮各升起0. 5°多一点，这样便可以抵消了视差的效果，并且在观测的时候，月亮的中心可能在地影的中心上边。这种同时可见的现象毕竟是转眼就过去的，这种现象至多不过经历几分钟罢了。

利用太阳和月亮的位置表去计算月食，并不是很困难的事，但是请读者原谅，我们不能详细讨论这个数学上的问题，这在一般球面天文学书中都有叙述，读者可去参看。可是我们不能不谈到预测月食和日食的方法，这种方法虽不十分准确，但却是简单而且方便的。自迦勒底最早的天文学家预测月食、日食以来，这一方法一直为人所采用。他们凭经验发现，一次食以后再发生同样性质的食，中间需经223个太阴月或者18年11日8时。这种迦勒底周期通常叫作 沙罗周期 。

这种周期值得详细解说一下。在月食的时候，月亮须处在与太阳相冲的位置，经过若干太阴月以后，可再回到同样的位置来。可是我们已经说过，并不是月亮逢冲即食，它还须在黄道上，即到日、月两轨道的交点上。月亮回到交点的周期，叫作 交点周期 ，是27. 212 2日；至于连续两次相冲的时间，叫作 会合周期 ，是29. 530 6日。如果沙罗周期恰恰是食的周期，我们便可以断定它既含会合周期的整倍数，也含交点周期的整倍数。这样，我们就容易计算出，223个会合周期（即朔望月），只差51分钟便等于242个交点周期。所以经过18年11日8时，月亮同时再相冲而且再回到黄道上来。但是这样并不足以保证食的再现，因为我们已经说过，月亮的运动很复杂。因为它的轨道的偏心率大，在近地点和远地点中间的时候，它可以相差前后6°之多。实际上，并不需要差这么多就可以使食不再发生。这里有一个很奇特的偶合情况，那就是223个朔望月差不多等于239个 近点周期 （只差5时），经过这样一个周期，月亮会再回到它轨道上差不多相同的一点。我们还可以注意到这样一点：食在每年的同一时期发生，每次较前一次约迟11日，这种周年差也和沙罗周期的余数相同！ 所以，就因为这一连串情况的巧合，使得18年11日8时的沙罗周期成了有力的预测日食、月食的方法。如果将连续18次的日食、月食列成一个表，再在这表上每次食发生的日期上加上18年11日，便可得到下一沙罗周期里见食的日期。我们可以想象，这一周期曾经使它的发现者怎样的惊奇；即使是我们，虽然已经知道其中的缘故，也还是会惊诧这种料想不到的偶合。这也是独一无二的情况，例如有人在木星的卫星里去找这样的组合，便找不着。

因为一个沙罗周期除了6 585 个整日以外，还有8 时，所以经过18 年11 日所看见的食，不在地球上的同一区域，这一次在这里的天顶所出现的月食，下一次应出现在它的西方大约120°的地方。例如，1931年9月26日的月全食，食甚发生在印度洋东经62°的某一点天顶处，1949 年10月7 日这现象复见于大西洋上西经 46°处；第二次复见是1967年10月18日，在太平洋上西经158°处；只是在第三沙罗周期，即经过 54 年 34 日，在 1985年10月28 日，再回到印度洋东经90°地方见食。

在连续两沙罗周期里，食象是有变化的，例如1931年的月全食长达 1 时 20 分，1985 年只长42分。事实上，沙罗周期并不是一个固定的周期，因为如像我们所看过的，它不是会合周、交点周、近点周和回归年四个周期的整倍数。所以在一个很短时间的全食以后，可能继续来一次偏食，或者一次偏食以后来一个很短时间的全食。在上面所举的四次月全食以后，还有一次月全食，将发生在2003年，但2021年的月食只是偏食。以后经过几个世纪，这一系列的月食都是偏食，食时逐渐变短，以至一系列的半影食（图192）。

如果再追溯到过去，同系的第一偏食在1625年3月24日，同系的第一全食在1769年6月19日。但是在第一次偏食以前，已经有一系列的半影食，预告这一系列月食的开始，可惜它们没有经人计算。然而我们可以证明一整系的月食，如果把半影食包括在内，平均有70个沙罗周期，约经过13个世纪。虽然我们不能根据沙罗周期去推测每次日食、月食的情况，但是却可以说出它们发生的日期，而且在这一点上很少有错误。现在我们谈一谈月食经过的各个阶段。假使我们能够在天上对着太阳和地球，在满月所在的空间里铺上一张巨幕，我们就会看见地球投在那上面的圆形本影和它外围的半影。这个本影的直径平均是9 300 千米，半影的直径为1. 64万千米。月亮可以整个进入这个黑影，因为它的直径不过是3 474 千米，这样就形成了 月全食 。但是我们知道不是所有的月食都是全食。

月轮接触半影的外围时，便是月食的开始或完结。也许在这个起讫期间，月轮没有接触到本影，只是部分或全部经过半影，这叫作 半影食 （图192）。半影食须食去月轮的一半，才足以引起观测者的注意，靠近本影的那一部分月轮显然是要黯淡一些。不久以前，天文学家对于这种半影食并不感兴趣，因而也不预告。自1951年以来，法国天文年历才开始记载半影食，因为观测这种现象可以研究地球的大气。此外，在天文研究上也有价值，由于缺少了半影食，食的统计便不完全。

如果在月食中，月轮进入了地球的本影，我们称这种现象为 本影食 ；如果月轮一部分在本影内，一部分在半影内，这叫作 偏食 ；如果月轮在食中全部进入本影，这叫作 全食 。当然，在全食阶段发生的前后，都有偏食的阶段。下面叙述一次月食现象的全部经过。

对于偏食，较之上表可少两行：

最后还有半影食的记载如下：

图188、图191和图192三幅图表示三次月食时月亮在地球的本影和半影里经过的情况。月食自入半影至出半影中间经过的时间，在中心食最好的情况下可达6时19分，全食时间可达1时45分。下表记载了一个沙罗周期中自1940年至1957年间所有的月食。

这一个沙罗周期以后，继之而来的有1958年4月4日的半影食，那是上表内1940 年3 月23日一次半影食的重演。同样将18年11 日加到上表内各日期上去，便构成下一沙罗周期的月食表。如果在18年内遇到5个（而不是4个）闰年，则在第五个闰年的日期上要加上10 日，而不是11 日。由上表可见，这一个沙罗周期里有 14 个半影食，12个本影偏食，15 个全食，总共41次食。但这些数字并不是一成不变的，可以增减几次，这些数字变化的周期约为 590年。一个沙罗周期里月食的平均次数是43次。我们现在是近于极小期。上表内本影食为27次，这数字可以从 25 变至 29。我们还可以看见，本影食常隔6个朔望月有一次。因为12个朔望月等于1 年少11 日，月食日期在连续两年里常提前 11 日〔这种日期的改变，是由这一年到次年提前11日，不应该把它和由第一次沙罗周期到第二次沙罗周期食期后退11日的另一件事混淆起来〕。例如1952年2月11日和8月5 日，1953年1月29日和7月26日，1954年1月19日和7月16日等6次月食。在这些成群出现的本影食之间有17个无食的月或者仅有半影食的23个朔望月（或者很例外的只有11个朔望月）。如果把半影食也计算在食数之内，我们可以明白没有无食的年。事实上，一年里月食的次数至少有2次，至多有5次。

半影食常在连续两个满月里出现：例如1973年6月16日和7月15日，1980年7月28日和8月26日，1984年5月15日和6月13日等次的半影食。可是本影食却不会有这样的事。月食可以隔1个月、5个月或6个月发生，其中以隔6个月的时期为最多。

对于古代的天文工作者来说，对月食的观测是一件重要的事，因为他们可以利用观测去检验他们关于月亮运行的理论。现象证实了预测，给予古代的科学家以信心。到今天，月食的现象还是天文学上值得研究的课题。虽然月食的观测对于天体力学工作者来说已引不起多大兴趣，但是地球物理学家还要对月食作光度或分光的研究，以便由此了解我们的大气。另外，天体物理学家也想由这样的研究去明了月亮上土壤的性质。最后，我们来回答这样一个问题：在一定的地方，例如在巴黎，可以看得见多少次本影食呢？ 自1925年至1949年中间经过了25年，那里的人看到了19次月食，其中8次偏食，3次全食但那里只见偏食〔这是因为月全食之时，月亮已经在巴黎西落了或还未从东方升起。——译者注〕，和8次真正看见的全食，平均来说，9年内有7次月食，其中4次见偏食，3次见全食。但是这个统计是只就这个比较少食的时期来说的。

◀ 日 食 ▶

在一切天象里，没有什么比日全食更能引起人们的幻想了。有什么现象能够比晴天中午太阳骤然消失更令人奇怪的呢？ 在人们还不明白这种现象的原因之前，太阳昼晦被人当作超自然的神灵发怒的表现。自从人们发现了这个自然现象的原因，并根据计算可得出和事实非常吻合的预测之后，即使是没有受过许多教育的人也不会再感到恐怖，可是这个伟大的现象仍然会给人难忘的印象。一到了预言初亏的时刻，我们在明亮的日轮的西边沿上便看见一丝黑影在持续发展，侵蚀着日轮，一直到日轮上只剩下娥眉月似的一丝光辉。同时人们会感觉到，日光逐渐减少，一种凄惨暗淡的微明代替了辉煌夺目的日光，地面上顿然显现一种阴暗的景象。转瞬间，太阳已变成一丝光明的弧线，人们仍然把希望寄托在自古就照耀着地球的太阳，愿它不会从此消亡。刹那间，最后一线日光也消失了，只剩下一片黑暗（因为它来得突然，所以我们感觉特别黑）笼罩着我们，使整个自然处在惊愕和沉寂中……而明星出现在天空！ 在全食前人们还在一边注意现象的发展，一边谈说各人的观感，但现在，在发出一声惊奇的叫喊之后，大家都沉默了，好像被什么惊呆了。刚才还在歌唱的雀鸟，现在蹲在树叶下战栗；狗躲藏到它主人的腿下去；母鸡把它的雏鸡藏在翼下；活跃的自然变成无声无息了。黑夜降临了，这种黑夜，有时很黑，但时常是不完全黑的，呈现出一种奇怪的反常的景象。地球仍然被一点儿红光模糊地照耀着，这是从月球影锥之外太阳的高层大气而来的。在有些日全食时，所有在地平线上的行星和1等、2等星都可以看见，然而有时只是几颗明星和行星可以看见。气温迅速地降低，有时候有一种叫作日食风的风开始吹刮起来。

（1）2001年 6月21日 全食（11）2008年 2月 7日 环食（21）2014年 4月29日 环食

（2）2001年12月15日 环食（12）2008年 8月 1日 全食（22）2015年 3月20日 全食

（3）2002年 6月11日 环食（13）2009年 1月26日 环食（23）2016年 3月 9日 全食

（4）2002年12月 4日 全食（14）2009年 7月22日 全食（24）2016年 9月 1日 环食

（5）2003年 5月31日 环食（15）2010年 1月15日 环食（25）2017年 2月26日 环食

（6）2003年11月24日 全食（16）2010年 7月12日 全食（26）2017年 8月22日 全食

（7）2005年 4月 9日 全食（17）2012年 5月21日 环食（27）2019年 7月 3日 全食

（9）2006年 3月29日 全食（19）2013年 5月10日 环食（29）2020年 6月21日 环食

（8）2005年10月 3日 环食（18）2012年11月14日 全食（28）2019年12月26日 环食

（10）2006年9月22日 环食（20）2013年11月 3日 环食（30）2020年12月15日 全食

中国科学院紫金山天文台研究员、日月食计算专家刘宝琳提供。
图片来源:Fred Espenak，gsfc/NASA。

所有的眼睛都望着天空的一点，在那里呈现出怎样的奇观呀！ 在日轮上飘荡着漆黑的一个月轮，外围镶着淡红色光的细丝，那是太阳的色球层。从这个色球层喷出高度可达90万千米的巨大火焰，这便是太阳的日珥。在色球颜色圈的外边还有白色或者珍珠色的光环，延展出去达到几个太阳的直径那样远，这是日冕层，自古以来它就引起人们的注意。开普勒于1605年在那不勒斯、卡西尼于1706年在观测日食时都对日冕加以描绘，但是他们都相信这种光辉是地球大气所造成的，或者是月亮边沿对日光的漫射。但经过1842年的观测以后，人们才开始承认它有可能是属于太阳的，用望远镜不足以欣赏这个无可比拟的景象，唯有肉眼才能看出它美丽的全貌，可惜这个景象是很短暂的。转瞬间，在月亮的西边沿冒出一丝弯月式的光辉，而且迅速地扩大。日冕和日珥的神秘光辉立刻消逝，自然界渐渐又恢复到它平常的情况。

用数学方法去预测日食比预测月食要困难得多。这种难易程度的不同是由于两种现象的性质有所不同。月亮被食的时候，它是真的失去了它的光辉，凡是能看见月食的人，都能同时看见月亮同样的暗淡亏缺。反之，在日食进行的时候，月轮掩盖了日轮，月轮在我们眼前遮蔽了日轮上的一部分光线；即使在同一瞬间，这部分被遮蔽的光线也随观测者在地球上的位置不同而有多寡之别。在某一瞬间，有些人看见太阳仍如往常一般，有些人看见它残缺不全，但各人所见被食部分有多寡的不同，只有少数尤其幸运的人才能看见全食或环食。

读者若研究一下图187和后面的图198，就不难明白日食和月食是不同的。图198表示地球上各处看见某次日食的情况，和本影与半影投射在地面上的界限。我们还要谈到本影，它的范围是很有限的，而半影的范围却可延展至几千千米之远。半影界限以外的观测者不会看见任何特殊的现象，他们看到太阳仍和往常一样，没有丝毫的亏损。这并不是因为月轮离开这些人要远一些，而是因为它是黑暗的，不能被人看见。只有在半影界限内的观测者才能看见日轮遭了黑影的侵蚀，而且愈在半影内，看见亏损的程度也就愈大，这些地方叫作偏食区。最后，只有在本影锥接触地面的小区域里，观测者才能看见一般人叫作的 中心食 ，中心食分为全食和环食两种，我们将要在下面加以解说。

中心食的阶段必然是暂时的，因为月亮的运行拖着本影扫过地面，比地球自转带着观测者前进还要快些。月亮的速度大约是每秒1千米，而地面上一点的自转至多不过是几百米（在赤道上每秒465米），所以本影迅速地向东奔驰。飞行的人可以看见本影在地上奔驰，正如站在山上的人看见乌云的黑影在平原上奔驰一样。1912年4月17日，几位飞行家就看见这样的本影在法兰西岛的乡间扫过，它的直径只有两三千米。那一次日食，日、月两轮的视直径差不多是相同的，观测者看见全食的时间很短。在巴黎附近的圣日耳曼·翁·雷（Saint-Germain-en-Laye）地方所看见的，既非全食，亦非环食。月面高低起伏处没有完全把日轮盖住，还有一些凹凸的点子可以望见。这样，在月亮的黑暗圆轮的周围好像装饰着一串明亮的珠子。但这种现象的出现到消逝其间不过两秒钟，并不是所有照相的人都能有机会拍摄到这种镶着光珠的食象。

中心食在怎样的情形下是全食，在怎样的情形下是环食呢？ 我们已经说过，月亮的视直径是变化的。在日食的时候，它可能小到29′22″，大到33′26″，变化的范围差不多有4′。太阳的视直径也随季节而有变化，可能由31′28″变到32′32″。由此可见，月轮较之日轮有时大有时小（图197）。上面所列的数值是观测者看见月亮在地平线上的数值。如果月亮在天顶，它要和我们更接近一些，我们应该在上面的数值中加入它的1/60，所以最大值可达34′多一点，这样更有利于形成中心食。如果在一次中心食的时候，日、月两轮中心重合，月轮超过日轮，这便形成全食；地面成了黄昏傍晚的情况，日珥、日冕、行星、明星都可以在暗蓝的天空中出现。当日轮比月轮要大一些，月轮周围则环绕着一圈耀眼的光环，地面也不太黑暗，这便形成环食。在环食时，一般是看不见日珥或者日冕的。

关于日食的几何学只叙述这些，但为满足需要更进一步去了解的人，我们还要指出一点：日全食的时候，月亮的本影锥接触地面，假使地球是透明的，这个影锥的顶点应在观测者的脚下。至于在环食的情形下，本影锥的顶点在空中，仅是锥的延长部分接触地面，实际上，地面上并没有本影。只是在本影锥延长处和地面接触的一小区域里，人们看见环食，正如在真本影锥里的人们看见全食的情形一样。

中心食区宽度不过几百千米，它在地面上扫过的面积形成一个长带，叫作 中心食带 。凡是居住在这一带里的人，在一定的时间内都可看见中心食，换句话说，即全食或环食。当然，在全食带里的两个观测者，如果相距百余千米将不会同时看到全食。日食的路径一般是由西向东行。

在中心食带的两旁有一个较广的区域，人们在那里可以看见偏食，但在更远一些更广一些的区域，那里是看不见日食的。天文年历中对于每一次日食都有图绘出日食经过的区域（图198）。天文工作者在事前很久便绘出这样的日食路径图，并预备派遣远征观测队到全食带天气晴朗、见食时间长的地方去，以免浪费大量的人力、物力。在后面的另外一章里，我们将要谈到太阳物理学或者就是物理学，从日全食的观测中得到了什么发现，为做这样的观测，科学家为什么不辞劳苦，常长征万里到全食带的地方去。

图198原载于《法国天文年历》，表示1947年5月20日的日食路径图。这次日食从靠近科迪勒拉（Cordillère）山系安第斯（Andes）山脉的阿根廷某地开始，这是地球和月亮的半影锥接触的地点（幸而只是非物质的影子）。大约1小时以后，本影锥便和地面接触，接触点在智利海岸和胡安-费尔南德斯群岛（Juan Fernandez）之间的地方，这便是全食的开始。黑影迅速地向东北方扫去，在圣地亚哥的巴伊阿（Bahia）附近经过南美洲。日食的中央发生在大西洋靠近赤道的地方，在南美和西非两海岸的中间。黑影在大西洋里经过约一个半小时，便达到几内亚湾的北岸，一直到喀麦隆，终于消失在东非的维多利亚湖和印度洋之间。这是全食的终了，月亮的本影射在地面上共有3小时12分之久。至于一般的食况，还可维持1小时之久，在非洲中部还可以看见，直至东经26°、北纬6°这一点，月亮的半影才离开了地球。半影形成的偏食现象，计有5小时12分之久。

这次全食最长达5分14秒，但可惜是在大西洋里。在非洲西岸如多哥（Togo），全食时间也只有4分钟。但是即使这样短的时间，已足够使天文工作者完成他们繁重的观测计划了。最长的全食时间也仅有7分半钟。但是在最近1 000年内，还没有碰到过这样好的机会。1955年6月20日的日全食，可算是最长的一次，因为它在中南半岛和菲律宾之间达到7分多钟。

有时只是月亮的半影，而不是本影和地面接触，这时，就没有地方可以看见全食或者环食，而只能看见偏食。这类日食只对南北两半球高纬度的国家才有意义。

日食也和月食一样，有18年11日8时的周期，见食的地方也有变化。例如上面所说的于1955年在中国领海发生的特别长的日全食，是1937年全食期很长的那一次日食的重演，也是1919年的那次日全食的继续。那次日全食之所以著名，是因为在巴西和非洲的观测队测出了星光在太阳边沿的偏折，证实了爱因斯坦的相对论。

下表列出了1940年至1975年两个沙罗周期里的日食。

由上表可见，自1940年至1957年一个沙罗周期里能见的日食是41次，和同一沙罗周期里的月食次数相等，其中有27次环食或全食，14次偏食。另外，我们看过，在同一周期里月亮有27次本影食和14次半影食。这两个统计数字之相同是值得注意的，它足以说明月亮的半影食和日偏食是同类的。

自1958年至1975年的沙罗周期里应有40次日食，因为1942年8月12日的日食成为半影食，而不再被人看见了，同样1971年7月22日的偏食也是一系列日食中的最后一个，于是下一沙罗周期里的日食数只有39次，成了最少的一周。3个世纪以前，曾有一沙罗周期里有日食47次之多。我们上面关于日食发生的次数以及两次同样的日食之间经过的时间的叙述，也可以应用于月食。如果将日食和月食合并起来统计，我们可以得出下面这样一条规律：在一年里，至少有食4次，2次日食和2次月食；至多有食7次，月食4或5次，日食3或2次，或相反的，日食4或5次，月食3或2次。要达到每年7食之数，第一次食必须发生在1月开始的11天内。这里和以前一样，我们把月亮的半影食当作月食看待，由此可见把半影食略而不计是不合理的。

研究一下在某个固定地方的见食次数也是有趣的事。在上表里可以看出，在巴黎，36年内见食15次，平均两年多见食一次。在巴黎，没有一次能看到全食或者环食，所以对于某个固定地方来说，中心食是很稀罕的现象。例如自公元600年以来，在巴黎天文台所在的地方只看见过两次日全食，即1406年6月16日的一次和1724年5月22日的一次。有一个故事和后一次日食有联系，据说在日食结束后，有一位侯爵伴着几个贵妇人走进巴黎天文台去，他对她们说：“夫人们进去吧，卡西尼先生是我的好朋友，他会把日食再表演一番给你们看的。”还有一幅油画，画出一群巴黎人在天文台周围观看日食的情况，他们使用了各种各样的仪器，如漏斗、乐器，自然还有熏烟玻璃和盛水的桶。图上一颗行星，也许是金星，在黑暗的天空里闪烁（图199）。

1912年4月17日的日全食的中心食带差不多同时经过法国曼特农（Maintenon）、圣日耳曼·翁·雷、吕扎什（Luzarches）、桑利斯（Senlis）一带地方，巴黎看见很大的偏食。在食甚的时候，巴黎天文台所观测到太阳的直径只有0. 004没有被食。这一次的日食实在奇特，在开始（委内瑞拉）和结束（西伯利亚）的时候，离地平线不远处见环食；在中午前后，于葡萄牙、法国、比利时等地见全食，因为那时月亮和地球接近了几千千米。1912年的全环食于1930年重演，极盛地点在加利福尼亚；它于1948年再次出现于朝鲜。1966年5月20日又有像这样的一次日食，在法国见偏食；此次日食的中心线比1912年的日食更接近赤道一些。

1961年2月15日的日食，在法国南部可见全食，巴黎能见食分最大的偏食;1999年8月11日，巴黎始见全食，全食时间不过是两分钟〔请参阅《天文学报》 4卷1期中的《 1951—2100年中国可见的日全食和日环食》一文。此外由紫金山天文台编写、科学出版社出版的《二百年年历表》中有我国今后可见日食情况的详细资料，可供参考。——校者注〕。

1900年5月28日，弗拉马里翁在西班牙观测了日全食，他留下了极生动的记载。我们现在引用几节于下：

“中心线经过阿利坎特（Alicante）附近，由于仅有3万居民的美丽小城埃尔切（Elche）晴天的可能性大，所以我选定了它作为我的观测地点。

“我们的临时观象台设在好客的市长的乡间别墅的土台上，四周空旷没有障碍，天穹地平完全在望。在我们的眼前好像是一座阿拉伯的城市，周围有像生长着棕榈的沙漠中的绿洲；从阿利坎特流到穆尔西亚（Murcie）的河流蜿蜒在平原上，流进远处的蓝色的海里去；背后是一带不高的山，近处是花园和田野。几位卫兵维持着秩序，以便阻挡太多的好奇的人过来打搅我们。我的博学的朋友德·拉·博姆·普吕维内耳（A. de la Baume Plu-vinel）在土台上装置了大量的仪器，他要用照相和分光的方法记录下现象的各个阶段，正在和他的助手们紧张地工作着。各种各样的仪器把这座田庄骤然间改变成了一座天文台。

“日食开始的阶段还不使人感觉奇特。一直到日轮的一半被月轮掩盖的时候，大家才认识到自然现象的伟大。这时候我唤起站在庭前人们的注意，星星就要被人们看见了。我特别指出金星在天上的方位，我问眼力好的人是不是看见了，有8个人立刻说看见了。这颗美丽的行星正处在它最光明的时期，对于一位视力好的人，即使在白昼里也可以用肉眼看见它。

“大约当太阳的3/4被食去的时候，鸽子便飞回庄来，栖息在角落里不再移动，正如日食前一天黄昏时它飞回来一样。稍过一会儿，母鸡回到鸡窝，好像黄昏已经来临，孩子们也停止游戏，回到他们母亲的裙边。雀鸟迅速地飞回巢去。庭园里的蚂蚁表现出极度的骚动，茫然失去了行动的方向。蝙蝠也飞出巢来。

“15时50分。光线已很微弱，天空像铅那样的灰白，山岭从地平线的背景上惊人地凸出，好像和我们接近了一些。

“15时55分。气温降低，使人感觉到一阵冷风掠过。

“15时56分。大自然呈现出一片深沉的静寂，这静寂像是从天象而来。所有的人都没有说话。

“15时57分。光线大量减少，显得苍白而奇特，像是灾祸快来的景象。风景像铅一样的灰白，海水成了墨黑。这样的风光并不像每天夕阳西下后的情景。整个自然里充满了愁惨的气氛。过了一会儿人们就习惯了。人们虽然明知月亮掩盖太阳是一件自然现象，可是总难免有一种焦急不安的感觉。非常的景象快要到了。

“这时候我们研究最后的日光对于光谱七色的影响。为了决定日食光线的色调，我早就预备了七个纸板，上面涂着光谱上的鲜明的颜色：紫、靛、蓝、绿、黄、橙、红。同样也预备了这些颜色的丝织物。这些颜色的纸和丝放在我们脚下的土台上。我们看见前四种颜色依次完全消逝了，在几秒钟之间，紫、靛、蓝、绿都相继变黑了。

“其余三色变暗不少，但仍然可以看见。

“我们必须说明，这和每天夜晚一般情况下所看见的现象是相反的：平常在红色消逝以后，紫色还看得见。

“这个实验证明，日食所发出的最后的光线是黄和红。这原是太阳大气里的主要色彩。

“我们验明这件事实以后，立刻又注视着太阳。这是怎样神秘而壮丽的景象啊！ 全食开始了，太阳不见了，月亮的黑轮完全把它掩盖了，在这个黑轮周围四射出光辉可爱的日冕。人们或者以为这是一次环食，但是，日冕并不使肉眼疲劳，人们可以安然地观望，这是日冕与环食的不同之处。

“这种日冕光所形成的大气，围住了整个的日轮，厚度颇有规律，大约是太阳半径的1/3。

“日冕以外，还有一些散布更广但是比较暗淡的光辉，它们射出长长的光芒，这些光芒主要来自太阳赤道的方向和黑子与日珥活动的区域。这些光芒在日轮上方显现出锥的形状，在下方变为双支，右边一支终于收缩成了一点。不远的地方，水星像1等星那样在发光，它好像故意停顿在那里，使我们可以用它去测定日冕的范围和方向。”

在结束这一章以前，我们还须提一提月掩星的现象。在理论上，这是和日食相同的现象。要观测这个现象，我们只需用一个带着低倍率目镜的大视场的望远镜，在月亮周围的天空进行探索；最好是把观测的时间选在娥眉月通过银河星区的时候（春天的夜晚便有这样良好的机会）。如果你碰巧在望远镜的视场里看见一颗星接近于月轮，而且正处在月亮的路径上，那么你将看见月亮慢慢地接近这一颗星，把它遮盖住或长或短的一段时间。在我们这样纬度的地方，这时间可以长至一个半小时。因为月亮的运行是向东方，这在倒像的望远镜的视场里看去是向右方。在上半个月（即由朔至望），星的被掩（失明）常发生在月轮的暗的一边（因灰光的缘故，这部分还是隐约可见），过一会儿再从亮的弯月一边出现（复明），在下半个月，月亮发生亏缺的时候，失明在亮的一边，复明在暗的一边。月亮的中心到黄道的距离，即月亮的黄纬度，不超过5°18′。如果将月亮的视差和视半径计算在内，只有黄纬不超过6°5′的恒星，如毕宿五（金牛α）、昴宿、轩辕十四（狮子α）、角宿一（室女α）、心宿二（天蝎α）这些亮星才可以被月掩蔽。但是这些星没有一颗在每个月里都被月掩的，因为月亮的轨道平面（白道）是移动的。我们曾说过，白道和黄道的交点在迅速地逆行。一颗星要被月掩，必须在黄、白两个轨道的交点占有某一个固定位置。所有的行星都可以被月掩，因为它们都在月亮运行的区域内运行。图397表示1921年7月2日早晨，金星快被月掩的情形。行星的轮那时只有它的直径的1/4，在35秒的时间里，逐渐被月亮遮蔽。但是恒星的视直径实在很小，我们可以把它们当作是发光的点，它们的失明和复明都可当作是瞬间的现象，这样的忽隐忽现给了初次观测的人一种惊奇的印象。一个有经验的观测者不难将他所看见的这个现象的时间决定至0. 1秒的精确度。在0. 1秒钟里，月亮在天上经过0″. 05，在它的轨道上运行了100多米，所以观测一次月掩星就可以很精确地决定月亮的位置。

自望远镜发明以来，特别是自17世纪末以来，人们曾经作了许多月掩星的观测，而且把观测的结果记录下来。纽康（Newcomb）在1680年至1753年间作了100多次月掩星的观测，在巴黎天文台收藏的手稿本里可以找着这些观测的记录。这些可贵的数据和近代的观测联合在一起，就得到两个重要的发现：月亮的运动在百年来有一种长期的加速度，还有一种没有预料到的不规则的变化。我们在第一篇第二章内曾经说过，地球的自转有一种长期的变缓，即日子愈来愈长。这样的现象反映在月亮上，便是它的运行产生一种加速度。至于月亮运行的不规则的变化，也是地球自转的不规则的反映。自从发现这些事实以来，许多观测者将月掩星纳入他们的工作程序里，因此地球的任性自转，也不能逃避观测者的密切注意〔图200已被译者删去。——校者注〕。 TtLMWKHUBugRHKYaleNuy5ygcd1Yyc1euOJVm+fOqYE6ES7triTCfU3oWaeX0bAT