6月21日日環(huán)食，錯過等十年，怎樣安全觀測日環(huán)食?
6月21日難得一見的日環(huán)食就要上演，這一次的日環(huán)食有多難得?上一次中國看到日環(huán)食，要追溯到8年前。而日環(huán)食下一次在國內(nèi)出現(xiàn)，要等到近10年后，在相同的城市發(fā)生可能要百年后。中國將迎來境內(nèi)十年來具觀賞性的天文盛宴，橫跨一萬多公里的環(huán)食帶全程可見。中國天氣陸地、太空同步“開眼”，金環(huán)日食，你我都是見證者!
為什么說值得期待呢?大概有這么幾個原因：環(huán)食帶橫貫中國南方地區(qū)，足不出國就有機(jī)會欣賞;這次的金環(huán)特別“細(xì)”，幾乎快接近一場全食了……
“金邊”日環(huán)食，今年尤其細(xì)，日環(huán)食，是月亮運行到了地球和太陽的中間而產(chǎn)生的一種天象。不同于月亮完全遮住太陽的日全食，此時的月亮由于距離地球較遠(yuǎn)，看起來要比太陽小上一圈。于是，在地球上的某些地方，太陽的中心會被月亮遮住，周邊還留下一道“金環(huán)”，稱為日環(huán)食。換句話說，今年日環(huán)食的時候，太陽剩下的一圈金邊會特別特別細(xì)，只有去年環(huán)食金邊的大約1/7粗細(xì)!
環(huán)食發(fā)生在周末，方便上班族遠(yuǎn)程追日。還有就是，本來年底在南美還有一場日全食，但由于眾所周知的原因，很可能去不了了。所以，6月21日的這場天象大戲，可就更不應(yīng)該錯過了!邊緣參差不齊，,同樣是日環(huán)食，為什么有時候金環(huán)粗一些，有時候金環(huán)特別細(xì)呢?原因也很簡單，那就是月亮距離我們時遠(yuǎn)時近。日食發(fā)生時，月亮離我們越遠(yuǎn)，金環(huán)就越粗，環(huán)食持續(xù)時間也越長;反之，月亮離我們越近，金環(huán)就越細(xì)，環(huán)食持續(xù)時間也就越短。
2020年6月21日的日環(huán)食整體食甚(月球?qū)μ栒趽踺^多的時刻)將發(fā)生在北京時間下午2:40:04，此時太陽在中印邊界的正上方，全國大部分地區(qū)都可看到日偏食。日食可觀測區(qū)會一直向東移動，在此后的兩小時內(nèi)西藏、四川、貴州、湖南、江西、福建和臺灣等地的一些城鄉(xiāng)將依次迎來日環(huán)食景觀。
錯過了這次日環(huán)食，還要等多久?
之后到2022年10月25日，中國西部地區(qū)能再次看到日偏食(黃色區(qū)域標(biāo)號6)。
中國東部和中部地區(qū)的同學(xué)，如果錯過今年6月21日，則要等到2030年6月1日才能再看到一次日偏食。而日環(huán)食或日全食則平均要過幾百年才會在同一個地方再次出現(xiàn)。你準(zhǔn)備好迎接這次難得一見的日食了嗎?
那么，該怎么觀測寶貴的日環(huán)食?
不但不能用裸眼、望遠(yuǎn)鏡、照相機(jī)、攝像機(jī)來直接觀測，即便和佩戴太陽鏡、黑膠片等物品也不行。道理何在?這里有一份專業(yè)的安全觀測日環(huán)食指南，還教你如何制作簡易裝備，動起手來吧!
但你知道嗎，很多常見的日食觀測方法其實是非常危險的。因觀察日食而視覺受損多發(fā)生在兒童和青少年身上，本文旨在及時幫助大家做好準(zhǔn)備，清晰又安全地觀測6月21日即將發(fā)生的日食。
觀察日食可能會造成哪些危害?
太陽給地球送來了溫暖和光明，可她也是一個巨大的核反應(yīng)堆，時刻輻射著整個電磁波譜上的各類電磁波。穿透大氣層有效到達(dá)地面的太陽輻射范圍，包括從波長290納米的紫外線、可見光、紅外線、微波，到波長幾米的無線電波。
紫外線屬于電離輻射，單個光子可以破壞分子內(nèi)的化學(xué)鍵，因此可能破壞DNA從而引發(fā)皮膚癌變。紫外線曝露也會加劇眼球表面的老化，增加白內(nèi)障發(fā)生概率。即使是太陽的可見光部分，也因為亮度過高，可以對我們的眼睛造成傷害。類似激光致瞎，觀測日食導(dǎo)致的暫時和長久失明也時有發(fā)生。
更重要的是，雖然人類的視覺神經(jīng)只能感知波長在400到700納米左右的可見光，可是波長從380到1400納米的可見光和紅外線都能暢通地穿過我們的眼球組織到達(dá)視網(wǎng)膜。所以即使是那些代表著溫暖，又不可見的紅外線部分，也可以因為強(qiáng)度過高，對我們的視網(wǎng)膜造成局部的熱損傷。我們的視網(wǎng)膜既感知不到紅外線，又沒有痛覺神經(jīng)，所以如果發(fā)生了紅外線熱損傷，我們并不能及時察覺，因為不會馬上感到不適。
我們不需要對強(qiáng)度不高的普通電磁輻射(無線電波、微波、紅外線等無法電離原子或分子的電磁波)過多擔(dān)心，但我們一定要小心來自太陽的紫外線輻射以及強(qiáng)可見光和強(qiáng)紅外線，避免它們可能造成的傷害。這些傷害可能在比幾秒還短的時間內(nèi)發(fā)生，而且可能不易察覺，所以學(xué)會安全地觀察日食非常重要。
觀察日食的第一要素是永遠(yuǎn)不要直接裸眼看太陽。在日出日落的時候，地平線方向的太陽被極長距離的大氣散射掉了絕大部分的光，這時你可以用肉眼去短時間觀察一下紅彤彤的夕陽，但專業(yè)意見也不會鼓勵這種行為。除此之外，一定不可以直接用裸眼觀察太陽。
即使發(fā)生日食，當(dāng)百分之九十九以上的太陽面積都被擋住的時候，也不可以裸眼看太陽。同理，也不要用相機(jī)或手機(jī)直接對太陽進(jìn)行拍攝，越是精細(xì)的感光系統(tǒng)(例如視錐感光細(xì)胞和相機(jī)的高敏感光器件)越容易在強(qiáng)光作用下被破壞。
安全觀察日食通常有兩類辦法：一類是過濾掉絕大部分的光，包括紅外線和紫外線;一類是讓太陽在屏幕上成像。
過濾法
正規(guī)的太陽觀測過濾膜或觀測鏡表面上看起來跟黑灰色鋁箔紙一樣不透明，它們實際上能夠過濾掉超過99.999%的可見光和紫外線，以及超過99.99%的紅外線，也就是透射率不到萬分之一或者十萬分之一。
判斷濾膜效果的專業(yè)術(shù)語叫吸光度(optical density)，比如吸光度為5的過濾膜意味著透射率為10的5次方分之一(十萬分之一)。而普通的墨鏡透光率一般是10%到25%， 請勿戴墨鏡觀察日食。即使戴五六層墨鏡，可見光透過率降低到了幾萬分之一，也不一定能過濾紅外線。
我們上小學(xué)的時候，學(xué)校讓我們帶一塊涂了墨的玻璃(或者煙熏過的玻璃)去觀察日食，這也只是聊勝于無的保護(hù)，并不安全，更不能長時間使用。而偏振濾光鏡(比如多數(shù)3D電影眼鏡)透光率是百分之五十，如果在同樣方向疊加使用，無論加多少層都沒有更好的遮光效果。
直到現(xiàn)在，很多介紹日食觀察的文章作者都沒有意識到這樣做對讀者的誤導(dǎo)。特別是使用多層墨鏡或煙熏玻璃等，讓太陽看起來很黯淡，眼睛不覺得難受，就誤以為安全。其實這會更加危險，因為暗光下瞳孔會放大，眼睛不覺得難受就更容易失去警惕而長時間觀察，可是紅外線能直達(dá)視網(wǎng)膜，而我們不能及時意識到紅外線對視網(wǎng)膜的損傷。
再次強(qiáng)調(diào)，不要用肉眼和不安全設(shè)備觀察太陽!以下為NASA日食觀測網(wǎng)站原文：“不安全的濾鏡包括所有彩色膠卷、不含銀的黑白膠卷、成像的照相底片(X射線和快照)、煙熏玻璃、太陽鏡(單副或多副)、攝影中性灰度濾鏡和偏光鏡，它們中的大多數(shù)會透射大量不可見紅外輻射，引起視網(wǎng)膜熱灼傷?！?/p>
使用透光率低于幾萬分之一的過濾法，除了可以用來觀察日食，還可以用來觀察太陽表面的黑子，以及金星水星凌日等現(xiàn)象。
請一定不要將就著用以上各類緩解眼睛不適的遮光物品看太陽超過幾秒鐘。
成像法(小孔成像法)
如果沒有專業(yè)的太陽濾鏡或者濾膜怎么辦呢? 另一個觀察太陽的方法是成像法。
但注意，不可以裸眼觀察水面或鏡面給太陽成的鏡像(虛像)。用墨水或油反光是我國古人用過的方法?，F(xiàn)在報紙和網(wǎng)絡(luò)上還有人推薦利用一盆加了墨的水來觀測日食，這也非常危險。盡管加了墨，水表面對陽光的反射也高于安全劑量幾個數(shù)量級，一定不要直接用裸眼接收能形成鏡面反射的表面(水面、玻璃、金屬等)對太陽的反光。
同樣，當(dāng)然也不能用望遠(yuǎn)鏡直接觀察太陽(不能用望遠(yuǎn)鏡目鏡直接看太陽的虛像)，或在相機(jī)取景框內(nèi)觀察。
這里說的成像法是指：制造光路讓太陽能成一個實像，把實像投影在幕布(或地面墻面)上，再進(jìn)行觀看——眼睛接收到的是幕布對實像漫反射的光線，這樣才是安全的。
我們都知道小孔成像的原理，光線穿過小孔投射在幕布上形成與光源180度旋轉(zhuǎn)對稱的實像。小孔越小，成像邊界越清晰(可是像也越暗)。幕布四周越暗，光源越亮，對比度越強(qiáng)，效果越好。幕布離小孔越遠(yuǎn)，成像越大。
于是我們可以自己制作小孔暗箱，把太陽通過小孔所成的像投影在幕布上觀察日食。
制作小孔暗箱的步驟：先在一個長紙盒子的一側(cè)剪出一個洞口，平平地粘上錫箔紙，把洞口擋嚴(yán)實;再用筆尖或針扎個孔;在紙盒另一側(cè)的內(nèi)側(cè)貼上白紙;在紙盒的下方挖個頭可以伸進(jìn)去的洞，或者開個眼睛可以往里面看的口子。記得永遠(yuǎn)要背對著小孔觀察，不能直接通過小孔看太陽。暗箱越長，屏幕越暗，效果越好。
簡化版的暗箱不需要從暗箱內(nèi)側(cè)觀察，只需要哪怕一個手紙或廚房紙的卷筒就可以制作。在卷筒的一側(cè)平平地粘上錫箔紙再扎小孔，再用保鮮膜，或者半透明的蠟紙，把另一側(cè)粘成比較平整的接收屏幕就可以了，這樣就可以在半透明屏幕的外側(cè)看到太陽的像。
由于陽光通常很強(qiáng)，甚至不需要暗箱，隨便用一個有孔的東西對著地面進(jìn)行小孔成像，就能夠看到太陽的形狀。為了效果更好，我們可以固定放置一個有小孔的大遮光板，再用一個大平板垂直陽光方向做屏幕。如果小孔和屏幕距離夠遠(yuǎn)，太陽的像可以比較大。
甚至兩手手指互相垂直，在指縫中形成的方形小孔，也能小孔成像，近似得到日食時候太陽如彎月一般的形狀。同時使用多個孔，會得到很多個太陽的像。濃密的樹葉之間的不規(guī)則小孔，也可以對太陽小孔成像。
小孔成像法是觀察日食非常好的一個方法，但它的缺點在于，小孔成像一般比較黯淡或者比較小(屏幕距離太遠(yuǎn)成像就難清晰)，所以用這個方法較難清晰地觀察太陽表面的黑子或金星水星凌日。
成像法(透鏡成像法)
另外一種成像法是用透鏡成像。如果你有一個單筒或雙筒望遠(yuǎn)鏡，簡單的操作是用它讓太陽直接投影在紙板屏幕上。
首先，把望遠(yuǎn)鏡固定好，物鏡對著太陽方向;再用一個足夠大的紙板環(huán)繞望遠(yuǎn)鏡遮光，營造一個大范圍較暗的背景，以便觀察太陽的像;在垂直陽光方向用一個白紙板做接收屏幕;調(diào)整屏幕的距離和角度直到成像令人滿意(原理會在文末介紹)。如果是雙筒望遠(yuǎn)鏡可以選擇遮掉一側(cè)物鏡。
這樣可以得到直徑比較大的太陽實像。所以這個方法不僅適合觀測日食，還可以用來觀察太陽上比較大的黑子，以及金星或水星凌日等現(xiàn)象。
使用透鏡成像觀察日食的時候，應(yīng)該盡量背對著太陽觀察。再說一遍，我們不能用望遠(yuǎn)鏡直接看太陽或看日食，甚至不能讓皮膚或易燃物質(zhì)靠近太陽下如此放置的望遠(yuǎn)鏡目鏡。在望遠(yuǎn)鏡的目鏡附近，聚光的強(qiáng)度非常顯著顯著——清晨的陽光被望遠(yuǎn)鏡聚焦后就能把紙板烤糊了。如果那是你沒有痛覺的視網(wǎng)膜，又會如何?
另外隨著地球自轉(zhuǎn)，陽光角度發(fā)生變化，需要調(diào)整望遠(yuǎn)鏡的方向。日食的全過程往往持續(xù)幾個小時，不可一直用這個方法觀察，否則目鏡會過熱，導(dǎo)致脫離甚至碎裂。應(yīng)該時不時地遮住兩側(cè)物鏡，讓目鏡有機(jī)會冷卻。
日食的影響
比日環(huán)食更加難得一見的是日全食。許多人來說，是一生僅有一次的體驗。由于絕大多數(shù)人都是第一次觀看。美國《財富》雜志列出以下幾個注意事項
1. 交通噩夢
在整個日食期間，某些地區(qū)將陷入黑暗中，不要試圖在開車的時候看日食。
美國運輸部正在敦促司機(jī)不要在日食期間把車停留在州際公路上或停在路邊，駕駛時不要拍照，并預(yù)先準(zhǔn)備好應(yīng)對在日食發(fā)生期間嚴(yán)重的交通堵塞問題。
2. 電力問題
太陽能發(fā)電量越來越大。自2012年以來，太陽能的安裝數(shù)量增加了9倍。今年的日食預(yù)計將會造成9000兆瓦的太陽能發(fā)電量的損失，相當(dāng)于大約9個核反應(yīng)堆。
然而，電力公司表示，他們將采用替代方法，如天然氣發(fā)電機(jī)和水力發(fā)電來彌補(bǔ)損失。而北美電力可靠度公司(NERC)表示，不會有電力供應(yīng)問題。
3. 眼鏡價格飆漲
日食現(xiàn)象將在周一出現(xiàn)。如果您現(xiàn)在才開始購買觀日食的眼鏡的話，那么您可能會為此付出代價，除非您不在乎在這方面的預(yù)算超支。
自7月31日以來，Soluna眼鏡在亞馬遜上的售價漲幅超過4200%。
4. 眼睛失明?
天文學(xué)家、驗光師和眼科醫(yī)生連續(xù)幾個月來都在警告人們，如果沒有正確的防護(hù)眼鏡，不要直視日食，否則會傷害眼睛視力，但有些人可能會忽視這個建議。一個安全的日食眼鏡，會標(biāo)有國際安全標(biāo)準(zhǔn)ISO 12312-2，表明該眼鏡可將可見光調(diào)整到安全水平，并能阻擋紫外線和紅外輻射。
直視太陽會對眼睛產(chǎn)生巨大的傷害，只有在日全食發(fā)生時才可以裸眼直視太陽，其他時候觀看日食都需要借助日食眼鏡等工具。自己制作的濾光片或是普通太陽鏡，即使是顏色很深的鏡片，在觀看太陽的時候也是不安全的。在購買觀測工具時，要選擇正規(guī)廠商，帶有標(biāo)有ISO 12312-2 國際標(biāo)準(zhǔn)的許可信息的工具。
太陽濾鏡/觀測屏正確使用方法
每次使用前都認(rèn)真檢查給觀測工具，如果有劃痕、任何損壞或超過三年以上的鏡片都建議不再使用。
監(jiān)督保證身邊觀測兒童佩戴觀測工具
如果已佩戴近視眼鏡，可以摘下，直接把日食眼鏡佩戴在外面，或者使用手持觀測工具
完成觀測工具的佩戴或放置后觀測日食，觀測結(jié)束先將目光移除太陽，再摘掉觀測工具，切記不要中途摘掉
不要通過沒有過濾鏡的相機(jī)、望遠(yuǎn)鏡觀看日食或太陽，集中太陽光線會對眼睛造成很大的傷害
相機(jī)、望遠(yuǎn)鏡或其他光學(xué)器件要使用日光濾鏡前，咨詢天文學(xué)家的專業(yè)意見
如果月亮已經(jīng)完全遮住太陽，處于全日食中，可暫時移除日光濾鏡但當(dāng)陽光再次出現(xiàn)時請及時佩戴工具觀看
5. “蜥蜴人”會現(xiàn)身?
“蜥蜴人”(Lizardmen)會現(xiàn)身?這似乎不太可能。但南卡羅來納州的緊急事務(wù)管理部門在8月9日的推特中說：“不知道‘蜥蜴人’在日食期間是否會變得更加活躍，但是我們建議，李縣與薩姆特縣的居民應(yīng)保持警惕?！蹦峡ó?dāng)局還發(fā)布一個地圖，列出“蜥蜴人”可能出沒的地點列表。根據(jù)南卡當(dāng)?shù)孛襟w的解讀，當(dāng)局所說的“蜥蜴人”是指南卡的“大腳怪”(Bigfoot)。
如果你有用數(shù)碼相機(jī)拍攝周末日環(huán)食的計劃，那么這里還有幾個建議能幫助你增加成功的概率。
1、用一個合適的太陽濾鏡
不能直接用眼睛去看太陽，也不能在沒有濾光鏡的情況下通過望遠(yuǎn)鏡、雙筒望遠(yuǎn)鏡或照相機(jī)的取景器來觀看太陽。否則可能會引起嚴(yán)重的眼部疾病或失明。
不管是平常還是日食的時候，在拍攝太陽的時候都要使用正確的濾光鏡。普通的太陽鏡和偏光鏡都不適用于觀測太陽。利用電焊工所用的濾光鏡或購買專門的太陽濾光片安放在拍攝儀器鏡頭的前面。
2、利用望遠(yuǎn)鏡或焦距達(dá)400毫米甚至更長的長焦鏡頭：這將有助于獲得更多的細(xì)節(jié)，因為這樣能使你獲得太陽盤面更大的圖像。
3、用一個牢固的三腳架或掛載：確保你的三腳架足夠牢固能支撐你的照相機(jī)等設(shè)備。保證你的設(shè)施是輕便、便于攜帶的，且是容易拆卸和組裝的，以防為了躲開云團(tuán)在緊急情況下重新選定拍攝地點。
4、把照相機(jī)設(shè)置在最高的分辨率上：為了盡可能記錄更多的細(xì)節(jié)和色彩信息，請使用你相機(jī)的最高畫質(zhì)(最小壓縮格式)JPEG設(shè)置或無壓縮的圖像格式，例如TIFF或RAW格式。
使用最高的ISO設(shè)置：把你的相機(jī)設(shè)置在ISO400或更高，以便于快速曝光和防止抖動引起的畫質(zhì)模糊。
6、切換到手動模式：把你的相機(jī)設(shè)置在手動模式(M)，這樣你能夠控制它的焦距、曝光時間和白平衡等設(shè)置。
7、仔細(xì)聚焦：不要因為沒聚焦好毀壞了你的圖像。如果可能的話，在日環(huán)食之前的夜晚可以借助明亮的星星來進(jìn)行預(yù)聚焦。否則也可以通過仔細(xì)聚焦太陽的邊緣或太陽黑子來進(jìn)行預(yù)聚焦演練。用膠帶粘好聚焦環(huán)防止它在日食時意外松動。當(dāng)日食真正進(jìn)行的時候，一定要確保對相機(jī)焦距的復(fù)查。在日食持續(xù)期間，如果有需要還要對聚焦進(jìn)行調(diào)整優(yōu)化。
8、盡量減小振動：數(shù)碼單反相機(jī)的反光板可導(dǎo)致圖像的模糊。如果可以，在每一次拍攝之前，請使用相機(jī)鏡的鎖定功能來保證振動的最小化。你還可以利用電子快門線來消除相機(jī)的抖動。最后，請選擇一個避風(fēng)的地點。
9、曝光時間的選擇：在拍攝之前確定一個正確的曝光時間是一個挑戰(zhàn)，因此在拍攝日食時請嘗試不同的快門速度。
10、使用新電池：數(shù)碼單反相機(jī)耗電很快，尤其是你持續(xù)開著液晶屏的時候。在日食即將開始之前，請確保電池的電量是滿的。為以防萬一。還要在手頭上備份一塊電池。
11、測試你的圖像設(shè)置：在日食之前請確保相機(jī)的實際設(shè)置。
12、嘗試在太陽的氫-阿爾法(hydrogen-alpha)波段拍攝：氫-阿爾法是太陽大氣中的氫原子發(fā)出的紅色光線。便攜式氫-阿爾法望遠(yuǎn)鏡可以使你看到太陽中令人驚奇的細(xì)節(jié)。
13、對拍攝的圖像進(jìn)行處理：因為從相機(jī)輸出的圖像本身就是數(shù)碼格式的，所以能夠很容易用軟件(例如，photoshop)對圖像進(jìn)行后期編輯處理，可以調(diào)節(jié)圖像的明暗度、對比度和色彩平衡等。你還可以把圖像連接起來生成動態(tài)影片。
再次提醒大家盡情享受這次難得的日環(huán)食美景的時候一定要采用科學(xué)安全的方法，避免危險和錯誤的日食觀測方式可能造成的傷害。