2009年7月22日，我国将出现500年一遇的大日食奇观。其日全食带覆盖了中国人口最稠密的地区之一——长江流域，直接观看到日全食的人数可能创造历史之最，这场日全食也因此被人称为“长江大全食”。据中科院紫金山天文台预报，22日将发生的这次日食，是从1814年～2309年在中国境内全食持续时间最长的一次日全食，最长可能超过6分钟。本次日食的观测条件之好实为罕见，引起了专业人员与平民百姓的极大兴趣。
除了满心期待奇观发生的那一刻，公众不免心存诸多疑惑：为什么会出现日食？在何处能看到什么样的日食现象？看到的机会有多少？日全食能告诉我们什么？如何延长看日全食的时间？天天观测日全食能提供有用的社会服务吗？……本文就给您这些问题的答案。
天造奇观：日食
日食是一种天象，多年前曾被形象地成为“天狗吃太阳”。
新中国成立以来，首次组织的多学科大规模日全食观测是1968年9月22日在新疆进行的。那次观测光学望远镜主要布置在昭苏县的一个草原丘陵地带。目睹过日全食过程的人，会感到大自然表演的壮丽和神奇。当太阳开始完全被月亮遮挡的一瞬间，天突然黑下来，骤然吹起的一阵强冷风掠过小山和草原，原本低头吃草的畜群牛马狂奔乱啸，牧犬作吠，亮星显现，月亮黑影的边缘出现了美丽的但不整齐的红色光圈。此时天上地下景色迥然，令人目不暇接，使人震撼。
日食的发生：站在月亮的影子里看太阳
我们知道，地球绕着太阳运行，月球绕着地球运行。若是地球运行的轨道平面和月球的轨道平面重合，那么月球每绕地球一周就会有一次出现在日地连线上。这时，阳光照射月球产生的月影就会落到地球表面上，在月影里的地面上的人就能观察到太阳被月球遮挡的现象，这现象就称为日食。
日全食、日偏食形成示意图。图中实线表示太阳边缘发出的光照到月球与地球的情况。
从图可以看到，地面上T区里的人完全看不到太阳发光表面，只能看到太阳边缘以外发生的事情。他们看到的这种现象称为日全食，存在于月球与地球之间的使他们看到日全食现象的暗黑区域称为本影。位于地球表面上P区里的观测者分别能看到太阳发光表面的上部分和下部分，他们看到的是日偏食，他们看到日偏食的月影为半影。
日环食、日偏食形成示意图。地球和月球的轨道都是椭圆形，月球到地球的距离和他们到太阳的距离是时时变化的，当月球到地球的距离大于月球到本影锥顶端的距离时，若发生了日食，就相当于图所描绘的情形。这时地面上的C区里的人看不到太阳表面的中间部分，只能看到一个环形的太阳发光表面，这种现象称为日环食。图中K代表本影锥顶点，从K点到月球的涂成黑色的部分称为本影，K点到地球表面由本影延伸线包围的涂黑部分称为伪本影。如果日食发生时，地球表面正位于K点附近，则在日食期间可以看到日环食和日全食，这种现象称为全环食。
日全食的过程：初亏、食既、食甚、生光、复圆
月球绕着地球运行，我们把向上的方向定为北，那么月球总是从西往东绕地而行。相对地球上的人来说，太阳的最右端为太阳的西边缘，最左侧为太阳的东边缘，月球位置的描述也是如此。所以月球遮挡太阳总是以月球的东边缘遮挡太阳的西边缘开始，日食也就从这个时刻开始。每次日食大约要两个小时，按照一次日食过程中各种现象出现的时间顺序，可用几个时间来表示日全食的时间过程，如图所示。将地球上观测者观察到日食开始的时刻被称为初亏，这时在天空中看到月亮圆面的东边缘与太阳圆面的西边缘开始接触，两圆相外切，偏食开始，月亮不停的相对地球东移，当月面的东边缘与太阳面的东边缘相切（相内切）的时候，日全食开始，这个时刻被称为食既。月面中心与太阳面中心与太阳面中心最接近的时刻被称为食甚。随着月球的继续东移，月面西边缘与太阳面西边缘接触形成两圆第二次内切时，被称为生光，阳光开始照到了原来的本影区，日全食结束，偏食复现。再过约1小时，月面西边缘与太阳面东边缘相切（第二次相外切），月面与太阳面完全分开，被称为复圆，日食结束。
在日全食期间可以看到很多平时难以一见的景色：(a)在食既之前的短时内，可以看到呈现为窄月牙状的红色太阳，红色的光是来自太阳大气的中层——色球层，其颜色与平时我们见到的阳光不同，平常看到的阳光是从太阳大气的底层——光球层射出来的；(b)接着可看到月影东边处出现了称为贝利珠的奇观，看起来像是放射着光芒的珠宝，这是由于阳光从月面边缘凹凸不平处的空隙处反射过来所形成的；(c)食既之后生光之前，能看到形状不整的泛着弱光的弥漫的物质围绕着黑色的月影，这就是在通常条件下看不到的太阳大气的最外层——日冕。有时候还能见到在日冕某处的下部，即靠近月影的地方，看到发红色光的突出物，这是从日冕中的强度较高的磁场局部区域约束的色球物质形成的，这样的突出物形象地被专业人员定义为日珥-就像太阳的耳朵；(d)除了日冕的整体形态外，用比较好的望远镜在全食时段内还能看到日冕的丰富细节，或者拍摄照片留待日后欣赏。下一节将会提到的这些细节；(e)日冕的一些部分，随着时间有明显的变化。如果在日全食期间，特别是全食时间较长全食期间，对日冕做了连续的拍摄，那么在非常偶然的情况下，有可能从连续的拍摄记录中发现令人好奇的日冕瞬变现象；(f)日全食期间，还有望在太阳右侧看到平日不易见到的水星。总之，日全食为我们提供了宝贵的观测时机。
特别需要注意的是，在日全食之外的时间，一定不要用眼镜直接看太阳，更不能使用没有特殊装备的简单望远镜直接观察太阳，以免眼睛被灼伤。
日全食，不仅仅是“天狗吃太阳”的景观
利用日全食的机会可以进行哪些方面的观测与研究，可以获取些什么信息，是一个历史问题，也是一个随着科技水平不断发展的问题。
a. 利用观测的日冕照片，有时可以看出日冕中有密度稀薄的区域，这些区域为冕洞，冕洞是单极磁场区，磁力线由太阳指向太阳之外或者由太阳外的区域进入太阳。从日冕的照片当中还可辨认出日冕有一些高密度区，称为日冕凝聚区，是与太阳活动有关的区域，还可能在日珥上方识别出冕穴等日冕结构。
b. 太阳活动不是恒定不变的，它有活跃期和低谷期，一个太阳活动周大约为11年。在太阳活动的不同阶段，太阳外层大气－日冕的形状和大小是不同的。日全食观测为观测不同太阳活动阶段日冕形态提供了宝贵的机会。
c. 日全食期间的光谱与单色光观测资料，可用于太阳大气结构、成分、温度、密度等方面的物理研究。
d. 利用日全食过程，可以提高低分辨的太阳射电望远镜的分辨本领，可以进行多波段太阳直径的测量，可以进行太阳活动区的射电辐射观测
e. 此外还可以进行多学科的联合研究，进行太阳辐照变化的观测研究等。
日全食时的电离层：发生类似“快速日落日出”的变化
日食这一“百年不遇”的天文奇观，给我们研究和认识太阳与地球的关系提供绝好契机。万物生长靠太阳，由于太阳的普照，才有我们生活中熟悉的风雨雷电等天气过程，同样也正是由于太阳辐射，使得地球上空100公里到数千公里的大气层中产生了带电粒子，这些包含了带电粒子的地球大气层被称为电离层，是最接近我们人类生存环境、对我们影响最大的空间天气层。
说到日食对电离层的影响，就不得不说一下电离层的形成，电离层是由于太阳辐射（主要为紫外、远紫外及太阳软X射线辐射等）电离了大气的中性粒子（主要是氧气分子和氮气分子等），使得高层大气中出现了大量的自由电子和离子，可以严重影响无线电波的传播，所以受到人们的广泛关注。
一次日全食过程可以简单的理解成一次快速的“日落”和“日出”过程，由于太阳辐射的突然消失，高层大气中电子和离子突然失去了源头，电离层不同高度的电子和离子就会出现不同程度的减小。在低电离层高度上，由于太阳辐射是电离层电子的最主要来源，日食期间太阳辐射的减小，会造成低电离层电子浓度的快速减小，其响应时间和日食时间对应较好。在稍高的电离层高度上，产生电子的来源主要是电离层中本身的输运和扩散等过程，日食的效果不如低电离层明显且响应时间滞后日食时间。总体来说，随着月亮的阴影扫过地球表面，对应地区上空的电离层会出现电子浓度减少的现象，就像日落后电离层电子浓度下降一样；伴随着日食的恢复，太阳辐射重新使得高层大气中出现了电子，就像日出后电离层电子浓度快速上升一样。
在日全食过程中，由于太阳被月球遮挡导致地球电离层发生类似“快速日落日出”的变化，使得这段时间的中波和短波通信出现反常，有兴趣的市民可以用可接收中波和短波的无线电收音机监测、记录日全食期间远处电台的信号变化。由于调频（FM）广播电台、手机、对讲机、无线上网等都使用超短波，因此日全食对这些广播通信业务不会产生影响。但对于利用电离层反射进行的短波通讯和通过电离层的测绘、导航等用户来说，需要关注日食期间电离层变化导致的影响。 |
