谈谈影子和日食

一、影子的形成

我们知道，光在同种均匀介质中沿直线传播.如果光在直线传播过程中遇到不透明的物体，将无法绕过或穿过，因此会在物体的背面光所无法到达的区域，形成一片暗区，这就是影子.炎炎夏日，出行的人们喜欢打一把遮阳伞，或者躲在树阴下乘凉，就是在利用伞影和树影.

如果光源是单个发光点，那么影现象就比较简单，例如手影游戏.夜晚，点燃一支蜡烛，通过手形的巧妙变化，使手在墙壁上的影子形成各种事物惟妙惟肖的形象，这种简单而又古老的手影游戏曾给我们的童年带来过不少乐趣.

但是在很多情况下，光源不是单个发光点，情况因此更为复杂一些.比如多个点光源同时照射一个物体，或者光源属于线光源（电棒、白炽灯灯丝）或面光源，这时往往会产生“本影”“半影”“伪本影”等多种影现象.

我们先来看这样一个例子，当我们夜晚走在路上时，如果身后有两盏路灯，往往可以看到我们身前有两个灰影子，灰影子重叠的区域最暗，这个最暗的影区就是本影，而灰影子就是半影.

可以设想，如果还有第三盏路灯的灯光从其他角度照射过来，则我们的本影将变得更小，而半影会变得更亮一些.

利用这一原理，人们发明了医院里专用的“无影灯”.这是一种安装在手术室内的顶灯，它其实是一个由若干盏高亮度灯在圆形灯盘上排列组成的一个面积很大的面光源，这样，光就能从不同角度照射到手术台上，从而避免产生明显的本影，保证手术视野明亮.可见，严格说来无影灯并非真正无影，只是无明显的本影.

二、日食的形成和类型

太阳光在真空中沿直线传播，由于太阳也是面光源，太阳的直径远大于月球的直径，太阳直径两端发出的光线，给月球也形成不同方向的影子，因此就会产生“本影”“半影”和“伪本影”.

月球是不发光天体，月球绕地球运转过程中，在太阳光的照射下，背向太阳的一面拖着一条长长的锥形影子——月影.农历的每月初一（朔日），月球将运行到太阳与地球之间，此时如果太阳、月球和地球三者正好位于或接近同一条直线，月影就会一直延伸投射到地球表面.从太空上观察地球，就会看到地球表面有一块阴影区域，中间深色部分是月球本影，较淡阴影是半影.处在这阴影区域内的人们，看到的是被月球遮挡的太阳，这就是壮观的天文现象——日食.被月影扫过的地带和区域，往往狭长如带状，称为“日食带”，处于日食带的人们，才能有幸看到日食.

值得一提的是，月球轨道面与地球轨道面之间有一个5°左右的夹角，所以在大多数的朔日，月球虽然处于太阳和地球之间，但这三个天体并不在一条直线上，因此并非每逢朔日都有日食发生.

日食可以分为日全食、日偏食和日环食三种，出现不同类型的日食主要与日、地、月三者的距离和近似成一线的程度有关，另外还与观测者在地球上所处的具置有关.

日食发生时，如果月球离地球较近，月影的本影能到达地球表面，则地面上处于月球本影区的人们将看到太阳被月球完全遮挡，即形成日全食.

日食发生时，如果人们处于月影锥的半影区，则会看到“缺角”的不完整的太阳，此为日偏食，意为月球从太阳旁边擦过.

日食发生时，如果月球离地球较远，月球的本影不能到达地面，但本影的延长线投射到地面，此时位于月影的本影延长线区域（伪影区）的人们就能看到中间被月球遮挡的太阳，这时太阳的中心部分黑暗，边缘仍然明亮，形成光环，这就是罕见的日环食.

由此可见，日食种类的不同，与观测地点也是有关系的，同一次日食现象，处在地球上不同位置的人看起来并不相同.

2009年7月22日，我国长江流域发生日全食.在这次日食现象中，月球本影沿长江东行，扫过长江中下游两岸许多重要城镇，所形成的“全食带”覆盖中国人口最稠密的地区之一，成都、重庆、武汉、合肥、杭州、上海等许多大城市皆处于全食带之中，目睹者人数高达数亿，盛况空前史无前例；全食持续时间最长可达约6分钟.全食带以外的我国其他辽阔地区，也都观测到了程度不同的日偏食.此次日全食是近百年来出现的最完美的一次日食，它给人们留下了深刻印象和美好记忆，人们将这次日食称为“2009年长江大全食”.

三、日食现象与夏商周断代工程

17世纪牛顿发现了万有引力定律以后，人们逐渐认识到天体运行遵循严格而稳定的规律，根据天体运行规律，科学家可以精确推算日食发生的时间，包括预告未来将要发生日食的时间和推算过去曾经发生日食的时间.反之，通过对远古时代关于日食现象的记载，可以反推出当时的准确年代.

长期以来，我国远古时期历史年代模糊不清，1996年5月16日我国启动了大型科研项目“夏商周断代工程”，科学家根据中国古籍中关于日食现象的记载，通过推算，较为准确地确定了夏商周三朝的确切年代，从而揭开了中国古代文明的身世之谜.这次研究是自然科学与人文科学的成功结合，其研究方法及研究成果令人感叹.

当然，无论是简单有趣的手影游戏还是日食月食等天文奇观，都是光沿直线传播的结果，这一点我们应该有明确的认识.