一首古诗映日月（续） ——日食的原因和社会效应（下）
现在日月食发生的原因已经成为普遍的常识，毋需再多费笔墨解释。鉴于姚诗涉及的这次日食是环食，这里说明发生全食和环食条件的差异。太阳对于月球和地球来说不是一个点光源，而是一个面光源。一个面光源发出的各路光线照射在同一个物体上产生的影子有3部分（见下图）：1.紧贴物体的暗黑的影锥称本影，2.本影外围半明半暗的部分称半影，3.本影影锥前端向前延伸产生的暗~黑影锥称伪本影。
面光源产生的影子
全食、环食和偏食的成因
既能发生全食又能发生环食的原因是：日地距离/月地距离≈太阳直径/月球直径（此比值约为390）， 而且月地距离的相对变化远大于日地距离的相对变化。上图中，自己并不发光的月球在背着太阳的方向上生出一个暗黑的本影影锥，该影锥投在地面上，于是被此影锥罩住的人们便见到日全食。月球环绕地球公转的轨道和地球环绕太阳公转的轨道都是椭圆，而且月球的偏心率还有变化，因此月球到地球的距离会有变化。地月平均距离是384401千米，最大时达41万千米，最小时为35.88万千米。当月球离地球较远时，本影影锥的尖端停留在上空，落不到地面，只有伪本影投射到地面上，在该区域内只见日轮的中央部分被掩食，日轮的边缘部分仍然可见，这时发生的日食称日环食。此外，在日全食的本影区域之外，或在日环食的伪本影区域之外，都有一个范围更大的半影区域，在半影区域中看到的是太阳只有一部分被月球影锥遮挡掉，这些地区见到的便是日偏食。每世纪平均发生日全食67.2次，日环食82.2次，日偏食82.5次，其他类型4.8次，共236.7次。
月球自西向东公转和地球自西向东自转的综合效应是月球的影锥在自西向东扫过地面，形成一条狭长的日食带。其中的全食带和环食带的宽度最多为300多千米，但偏食带的区域要宽得多；日食带的长度不超过15000千米。
2001-2020年日全食和日环食的日食带
日全食、日环食同时存在是现今很长一段时间中的产物。由于潮汐，地球自转在不断变慢，而同时月球在逐渐远离地球，当今这一段很长时间中，正好天球上日轮大小和月轮大小不相上下，日地距离和月地距离的小变动便足以造成地球上时而出现全食，时而出现环食。在若干亿年前，月球离地球更近，每次发生日食时月轮总要比日轮大，那时候只可能发生全食而不可能发生环食。相反，若干亿年后，由于月球比现在要远得多，天球上月轮总是比日轮小，于是发生日食时暗黑的月轮总是不能遮住整个明亮的日轮，那时只可能发生环食或偏食，人们就再也欣赏不到日全食的奇观了。
下面简要地阐述日食在现代的社会效应
日全食時月球遮住了明亮耀眼的太阳表面，是观测太阳大气的好机会。太阳大气包括光球、色球和日冕。平時我們接收的阳光和热量，几乎全部来自太阳的光球层。光球是太阳大气的最底层，厚度約500千米，平均温度超過6000°C，产生了99.9%以上的向外辐射。光球的上面是色球层，厚度約2000千米。色球的上面是日冕，日冕的范围非常宽广，可扩展到几個太阳半径。但是，色球和日冕的密度都极其稀薄，产生的辐射很微弱。它們的光度不到光球的百万分之一。平时，在光球的掩盖下，观测不到色球和日冕。日全食的時候，月球把光球的辐射全部挡住了，色球和日冕包括平時观测不到的一些日面活动現象如日珥等显露出來，便能观测到它们。历史上人们还曾经从日食观测发现了化学元素氦，验证了广义相对论。日食观测的科学价值是不言而喻的。
日全食时拍摄的日冕
为了等待日全食這天赐良机，天文学家们早早地就开始准备。他们不远千里，甚至万里，前往全食带内观测条件最好的观测点，带上各种观测仪器，就待抓住全食难得的几分钟。确实，在一次日全食的全过程中，月球完全把日面全部遮蔽的時间是很短暂的。在最理想的极限情况下，只不过7分钟，一般说来，通常只有4、5分钟或2、3分钟。就为了這短短的几分钟，只要观测成功，获得观测资料，就足以报偿他们为准备所付出的时间精力和长途跋涉的辛劳。因为这些资料对於人类了解太阳和日地环境弥足珍贵。
1941年9月21日赴甘肃临洮日食观测队
1997年3月9日南京大学日食观测队在漠河现场作观测准备
（右一为我国著名太阳物理学家方成院士，作者拍摄）
我国有悠久的日食观测传统。从出土的殷商时期的甲骨文就可见有日食记载，甚至日食预报。从春秋时代以來有记载的历史中，大约有上千次日食记录。這些日食记录，有些在现代具有相当重要的，甚至无可替代的科学价值。例如，在我国国务院主持的“夏商周断代工程”中，通过古代《竹书纪年》记载的“懿王元年天再旦于郑”的日食记录，结合周代青铜器利簋等其他考古发现，终于确定了“武王伐紂”的年代。
甲骨文日食记录和甲骨文日食预报（54天后日食终于发生）
（来源：《中国天文考古学》，冯时著，中国社会科学出版社，2007年）
中国古代日食记录
利簋及其铭文记载了周武王伐纣的史实（来源：网络）
太阳是我們最熟悉，又最息息相关的天体；
日食現象更是极其显著和壮观。
日食的发生正是向广大公众普及天文科学知识的良好时机。日食作为一种难得一见的天象能深深地吸引天文爱好者和一般民众，激发他们的科学好奇心。这时，科普工作者或教师去组织和引导群众，尤其是青少年学生进行观测，同时通过口头或书面的方式宣传与日食有关的科学知识。确实，每当日食发生的时候，往往会有成千上万民众参与活动，成为一次規模宏大，范围广泛的科学普及活动。
儿童在观看日食（来源：新华社）
由于月球环绕地球的公转轨道面（白道面）与地球环绕太阳的公转轨道面（黄道面）并不重合，而是有一个5°9′的交角，而太阳和月亮的视圆面直径不过约0º.5，因此并不是每次朔日都会发生日食（或每次望日都会发生月食）；只有当太阳、月球和地球在空间处于一条直线上，才可能发生日食（或月食）；这时在地球上观测到太阳和月亮在天球上都运行到黄道面与白道面的交点（黄白交点）上，如下图所示。
发生日食或月食的条件
太阳系各天体对月球的引力作用（摄动）导致黄白交点在黄道上移动，方向为顺时针向，即向西退行，退行周期为6798.4日（18.613年）。在天球上，太阳的周年视运动和月球的周月视运动的方向都是自西向东，与黄白交点的退行方向相反。太阳连续两次过黄白交点的时间间隔称为1食年，长度为346.6200日。月亮连续两次经过黄白交点的时间间隔称为交点月；长度为27.2122日。。
交食的周期（日数）就是朔望月、交点月和食年的公倍数。自古以来天文学家就已经掌握了这一原理，计算出了若干交食周期。现举例如下：
交食周期示例
名称 | 朔望月数 | 交点月数 | 食年数 | 注 |
（无名称） | 47 | 51 | 4 | |
三统历周期 | 135 | 146.5 | 11.5 | 《三统历》为西汉刘歆编制，于西汉绥和二年（公元前7年）颁行至东汉元和二年（公元85年）终结。 |
沙罗周期 | 223 | 242 | 19 | “沙罗”在古希腊语中的意思是循环。这个周期于约公元前二世纪由古希腊天文学家发现。 |
纽康周期 | 358 | 388.5 | 30.5 | Simon Newcomb（1835-1909）是美国天文学家。 |
（无名称） | 716 | 777 | 71 | |
（无名称） | 4519 | 4904 | 385 |
根据求公倍数的原理，其实还能找到一些交食周期。读者诸君中若有些有心人不妨一试，也许真能找出一个或几个新的周期来，没准还能冠上“某某某周期”之名，从而借以名垂千秋。
有的读者是否会产生一个问题：计算交食周期怎么还能在0.5个食年上配合？这是因为白道与黄道有两个交点：升交点和降交点。在这两个交点的任一个上都可能发生日食或月食。
据计算，在全球范围内一年里的日食次数最少2次，最多5次；月食次数最少0次，最多3次；总交食次数最少2次，最多7次。诗人提及在当年六月和十一月在临安先后见到了月食和日食，这是正常现象。
姚勉的诗作受到的评价为“文辞典雅，韵律优美”，我们从他的一首长诗中选取了3个段落做了铺陈，希望读者诸君在欣赏诗歌的同时也能了解相应的知识。