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从古至今，日食总是能引起人们的好奇，随着望远镜和摄影设备的更新换代，拍摄日食成为天文摄影爱好者的乐趣。那么怎么样才能拍出一张在朋友圈中大获点赞的日食照片呢？继续来看日食知识之旅吧~ 近代以来的日食研究 天文学发展到今天，对于日食的观测与研究，早已脱离了神秘主义色彩。日食发生时，敲锣打鼓的场面在民间都已很难见到，更谈不上从官方角度对日食进行“献祭”，“天狗食日”的词汇也仅仅只是公众媒体在进行科普报道时的修辞手法。但这并不意味着天文学家们就不再关注日食了，恰恰相反，在当今科技的助力之下，对日食的研究呈现出了更为丰富的角度。 “武王伐纣”的故事，经过传统文学《封神演义》和电视剧《封神榜》的传播，在中华文化圈中早已是尽人皆知的历史典故，但由于文物资料的极度缺乏，曾经一度，历史学界对于“武王伐纣”的确切年份莫衷一是。但正如《荀子·天论》中所述“天行有常，不为尧存，不为桀亡”，天体的运行是如此地具有规律性，以当代的天文学技术，可以比较精确的推算出前后几千年来的日月五星的位置情况。因此，在“夏商周断代工程”当中，天文学家的工作就显得尤为重要了。这其中，文物与史料当中多次提及的“天再旦”（即发生在早上的大食分日食），成为了解开谜题的重要抓手。在天文学家将铜器铭文中的历日记载，与现代天文计算方法结合后，已经推算出“武王伐纣”的年代应当发生在公元前1046年。目前这一结论已经获得了学术界的广泛认可[1]。 关于日食的研究，流传更为广泛、更具传奇性的故事则发生在整整一百年之前。1915年11月，爱因斯坦在普鲁士科学院发表了著名的爱因斯坦引力场方程。这个方程描述了处于时空中的物质是如何影响其周围的时空几何，简单来说：重力会引起时空的弯曲。这一结论在当时的主流物理学界甚至被认为是荒诞不经的，而地球上的实验室内无法安放足够大质量的物体来进行这种实验，那么距离地球最近的，质量最大的物体当然就是太阳了。但是太阳实在是太明亮了，在它附近方向上的星星，全都淹没在耀眼的阳光之中，于是，科学家们想到了利用日全食食甚，太阳被月亮完全遮住的时候，来验证广义相对论。 1919年5月29日，英国天文学家亚瑟·爱丁顿率队在西非普林西比岛成功地进行了日全食观测。他拍下了食甚时，日面附近的背景恒星。经过分析发现，太阳的引力果然使遥远的恒星发出的光线发生了弯曲，证实了广义相对论所提出的引力透镜效应。这个实验在当时的科学界引起了极大的轰动。虽然事后证明，爱丁顿的观测数据存在着误差，但他的误差与广义相对论预言的几乎一致。可以说有点歪打正着了。  图1 太阳偏转星光的示意图 图片来源：NASA's Goddard Space Flight Center 图2 英国天体物理学家亚瑟·爱丁顿在普林西比岛拍摄的日全食 来源：F. 拍摄：F. W. Dyson, A. S. Eddington, and C. Davidson 只要你观察过一次日全食，就不难发现，在食甚阶段，日面边缘外侧有很浓密的白色丝絮状结构，即使肉眼裸眼都可以看到清晰的纹理，当然日全食过程中，只有食既到生光阶段阳光足够暗弱，可以用肉眼裸眼安全地观察。不晚于18世纪早期，天文学家开始对这一现象产生兴趣，后来，天文学家发现这种物质是属于太阳的。现在我们知道，日冕实际上是围绕太阳周围的等离子光环，太阳的日冕可以延伸到外太空数百万公里。 在很长一段时间里面，天文学家只能在日全食发生时的一小段时间窗口里，对其进行有限的观测，直到1930年法国天文学家伯纳德·里奥发明了日冕仪，天文学家的这一窘境才开始得到改善。但实际上，由于大气层的存在，使得日冕仪附近的阳光散射非常严重，早期的日冕仪效果非常有限，目前的做法也是更多的将日冕仪安放在海拔较高，空气较为稀薄的台站。著名的空间探测器SOHO卫星（太阳和太阳圈探测器）实际上就是一台在空间轨道运行的日冕仪，只有这样才可以成功的躲开大气层的干扰。就目前来说，想要在地面上对太阳日冕层进行观测，效果最好的办法还是借助超大型纯天然日冕仪——日全食食甚。 图3 2017年8月21日北美日全食食甚 拍摄：王乐天 处理：章佳杰 经过细致的数字图像处理过程，图片呈现出了非常丰富的细节。首先可以直观地看到日食的发生确实是由于月球的遮挡，阴影当中的月球地貌清晰可见，日面边缘的红色细节是太阳色球层喷发出的日珥，更外层向外舒展开的白色纹路则是日冕。日全食被誉为“效果最好的天然日冕仪”。为取得较好的图片呈现，图片在后期处理时，月球表面边缘细节做了适当拉伸。 当代业余天文爱好者观察、 记录日食的方法 如果你有幸能够在核心食带现场观看一次日食，尤其是日全食或者日环食的话，还是需要做一些准备工作的。无论你是用肉眼、望远镜还是照相机观察，整个过程中，最核心的工作就是保护好眼睛和器材免受阳光的伤害。 目前，业余天文领域最常用的减光用品就是巴德膜。巴德膜（AstroSolar）是“Baader 此外，还有镀铬玻璃或者标号为ND100000的减光滤镜也是不错的选择。这两种配件都需要放置在光学设备的前端。观察太阳时，唯一能够可靠地安放在目镜这一端的望远镜配件叫做赫歇尔棱镜，但赫歇尔棱镜长时间使用会大量发热。而如果你没有这方面预算，简易的小孔成像装置也可以帮助你安全地观察日食。生活中使用的太阳眼镜并不适合直接看向太阳。 图4 12月26日，国家天文台沙河科普基地举办日偏食观测主题的开放日活动。当天开放的望远镜中，加盖了镀铬玻璃罩进行安全减光，为防止刮风或误触导致玻璃罩掉落，外层还缠绕了透明胶带。 在不具备专业减光装备的情况下，还可以使用白板、花盆、泡面桶等简易材料制作投影装置，安放在小型业余望远镜后端，也可以安全地观察太阳。 图5 用自制的太阳投影装置观测日食 望远镜后端安放白板，呈现出太阳镜像投影 图片来源：国家天文台沙河科普基地 2019年12月26日，北京市海淀区中关村第二小学天文社“星云社”的小天文爱好者们在使用自己制作的太阳投影装置（望远镜后端安放简易投影器，呈现出太阳正像投影），在校园里观察日偏食。 图片来源：中关村二小“星云社” 图6 天文爱好者孙思2019年12月26日在关岛拍摄日环食的设备。望远镜前端覆盖巴德膜，后端接驳照相机，可以安全地拍摄日面特写。但是巴德膜非常轻非常薄，在使用时要注意一定不能有折叠、破损。 供图：孙思 由于前文所述，日全食或日环食的发生区域非常有限且飘忽不定，随着交通工具的日益便利，越来越多的天文爱好者就像古典时代的天文学家那样，选择长途跋涉去追逐日食带的轨迹。 图7 2017年8月21日北美大日食期间，国内天文爱好者组织“星缘山风队”部分队员远跨重洋奔赴美国去观看日全食。这张图是当时的微信共享位置截图。各成员位置分布与日食带轨迹完美契合。 图片来源：星缘山风队 长途跋涉追逐日全食毕竟只是一小部分人能够实现，随着移动网络终端的普及，网络视频直播也成为了重要的天文科普手段。这几年来，“每逢日食必有网络直播”几乎成了固定规律，而传统的视频媒体在这方面还较为被动一些。足不出户，不用劳费旅途奔波就可以看到千里之外的日食情景，不得不说网络的发达为天文科普的传播插上了有力的翅膀。对，“我要上班”，“我要上学”，“我要照顾孩子”等等这些理由早已牵绊了我们追寻日食的脚步。很多天文爱好者只能够一边默念“我爱学习，工作使我快乐！”（大雾），一边打开视频天象直播，借助网络让自己远在天边的诗与远方放飞一会儿吧！ 但话又说回来了，如果你去了现场去看日全食，谁不想拍几张可以在朋友圈被点赞到爆的美照呢？那么，你就需要提前了解你下你前往的地点，日食将会出现在什么时间？届时太阳的方位角、高度角是多少？地面附近有哪些景物可以纳入画框？可能大多数人还是喜欢与风景的不期而遇。但在喜欢天文的摄影师看来，就俩字：“算它”。是的，这些内容都是可以通过事先的查询计算出来的，本文开头的那副壮美的日环食串图，就是摄影师提前做好了充足的准备而得到的。 为了拍摄这次日环食金环西垂的景象，他们不远万里远赴此次日食发生的最东端的陆地区域——关岛，为了将日环食的整个过程收纳在同样的构图当中，摄影师还需要选取合适的角度、镜头焦段。最终，摄影师将整个日食期间得到的49张照片叠加在一起，就获得了这样一张令人震撼的作品。 图9 2019年12月26日关岛日环食迭加图——日环食串 拍摄&制作：孙思 因为所有叠加素材是由同一台相机使用同样焦段向同一方向拍摄，记录的是连续时间内真实天象的变化，这张照片在真实性上是没有问题的。可以说，一张科学性与观赏性兼备的天文摄影作品，前期的准备工作甚至是比拍摄时的操作还要重要。
图10 多次追逐日全食天象的天文摄影师叶梓颐，此次选择了在偏食地区进行拍摄。她通过app辅助、手绘草图等方式构思创作。最终在高楼林立的长沙也拍摄到了效果很好的日偏食图片。图片来源：叶梓颐 笔者儿时在科普读物上曾读到过，日食期间，一些动物会有一些反常举动。例如，母鸡会回窝，犬类会吠叫。但其实，根据笔者收集到的信息显示，在日全食现场举动最反常的动物其实是——人类。就笔者的亲身经历而言，就有很多例子：众多患有严重拖延症的天文爱好者，能够为此提前一年请好年假规划好行程订好房间；工作中一脸严肃的互联网企业高管，在日食期间可以穿上奇装异服而毫不顾忌别人的眼光；足不出户的宅男宅女可以不远万里，追逐这短暂的几分钟日全食过程。最极端的情况，单就说从食既到生光的这几分钟时间里，人不分男女老幼，地不分东西中外，现场的观看人群都会不由自主地，大声呐喊鼓掌甚至手舞足蹈起来，这幅场景，真是令人觉得“人类的本质就是呐喊！” 欢呼呐喊之余，如果你还有精力，或许还可以求个婚。是的，你没有看错，求婚。笔者的一位著名摄影师朋友，在2016年追逐日全食的旅途中，带上了自己的女朋友。架设好相机，设置好快门线，快门一通狂拍之后变戏法似的拿出求婚信物，在食甚期间向女朋友求了婚。结果……不仅那张日全食摄影作品拿了世界级大奖，而且女朋友也成为了这位朋友的孩子他妈。日食真是令这位朋友事业爱情双丰收啊！
图11 天文爱好者于2019年7月2日（当地时间）,智利La Higuera日全食食甚期间，与爱人拍摄的合影 供图：steed 好了，不多说了，我要去追日食去了。 |
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