美国、墨西哥以及中美洲和南美洲部分地区的人们将在十月份迎来罕见的天文奇观：环状日食。
环状日食类似于全食，在全食中，月球完全遮挡了太阳的表面，但在环食的高峰期，月球在天空中显得太小，无法完全遮蔽我们的恒星。这会在黑暗的月球轮廓周围形成一个明亮的光环——因此得名“环状”，意思是“环形的”。（有些人更喜欢简单地称环状日食为“火环”。）
当月球直接从太阳前方经过时，就会发生日食——本质上，我们这颗天然卫星的阴影扫过地球表面。如果月球在与地球绕太阳运行的同一平面上运行，我们每 29 天就会发生一次日食——这是月球相对于太阳绕地球运行一周所需的时间。但月球的轨道实际上是倾斜的，相对于地球轨道倾斜约五度。
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就像两个呼啦圈，一个在另一个里面且倾斜，太阳一年绕天空一周的路径和月球每月的轨道在两个点相交，称为交点。只有当太阳和月球同时位于一个交点时，我们才会看到日食；否则，月球会在天空中“错过”太阳，从上方或下方掠过。大多数时候，两者并非完美对齐，从而导致偏食，其中月球仅阻挡太阳表面的一小部分。
如果它们恰好对齐，太阳面向地球的整个半球都会被阻挡，我们就能看到壮丽的全食。天空变暗，太阳空灵的外层大气，称为日冕，突显出来。2017 年全食时我在怀俄明州，毫不夸张地说，那是我见过的最美丽、最令人感动的事件之一。美国将在 2024 年 4 月 8 日再次迎来这些令人难以置信的天文现象之一。
但在此之前——具体来说是 10 月 14 日——另一个因素将发挥作用：月球与地球的距离。
令人惊奇的是，平均而言，太阳比月球远 400 倍，体积也比月球大 400 倍。这两种效应相互抵消，因此太阳和月球在天空中看起来大小相同：大约半度，或者您伸直手臂时小指宽度的一半。
然而，月球并非以圆形轨道绕地球运行，而是以椭圆形轨道运行。在其最近点，即轨道上称为近地点的点，月球距离地球表面约 355,000 公里。在其最远点——远地点——约为 397,000 公里。大约 10% 的距离变化意味着月球在天空中的视大小在一个轨道周期的一半内变化 10%。因此，在其远地点，月球可能看起来比太阳小。
月球将于 10 月 9 日到达远地点，就在即将到来的日食前五天。届时它将距离地球约 391,000 公里——或多或少。确切数字取决于其他因素，例如观察者的纬度和经度、一天中的时间等等。在那个距离，它的视角约为 0.51 度。与此同时，地球和太阳几乎正好处于它们的平均距离，1.49 亿公里，因此太阳看起来是一个直径约为 0.54 度的圆盘。
这造成了天壤之别。月球太小，无法完全遮蔽太阳。相反，当它经过时，它会在太阳周围留下一个环——一个环状物——从而形成环状日食。月球最多将遮蔽太阳表面的 91%，因此严格来说这将是一次偏食——但这是一次非常特别的、完美居中的偏食。
日食将有三个主要阶段：初亏、环食和复圆。初亏将是月球边缘首次出现接触太阳边缘的时候。随着时间的推移，随着月球的移动，它似乎会吞噬我们恒星圆盘的更多部分。大约在初亏后 70 到 90 分钟，具体取决于您的位置，将发生环食。环食将持续一到五分钟，也取决于位置。然后月球将开始离开太阳表面。我们的天然卫星将再花费 70 到 90 分钟才能完全移出恒星（复圆）。
这就是日食的运作方式。那么您如何才能看到它呢？
首先，在任何时候用肉眼观看都是不安全的！ 在整个日食期间，太阳都是可见的，因此您需要适当的眼睛保护。（不要只使用太阳镜、曝光的胶卷或焊工眼镜。）许多公司出售“日食眼镜”——通常是用重度过滤的塑料薄膜制成的纸框，用于观看——但并非所有这些都是安全的。美国天文学会列出了值得信赖的供应商名单，这些供应商的眼镜符合 ISO 12312-2，国际标准化组织 (ISO) 的 直接观看太阳的安全标准。我想补充一点，Astronomy for Equity 批量销售它们，并且该组织从这些销售中获得的资金用于崇高的事业。
一种有趣的观察此事件的方式是使用针孔投影仪。在纸板上戳一个小孔，可以让阳光以平行光线——即适合成像的聚焦光线——穿过。然后您可以将其举起，并将由此产生的光线投影到一张白纸、人行道甚至裸露的地面上。您会看到太阳的可爱完美的小图像，随着月球逐渐吞噬它。树叶也可以产生类似的效果（重叠的叶子会形成许多小孔），因此您可以在大多数树木下方的地面上看到数十甚至数百个太阳图像。
在 10 月 14 日的早晨，月球阴影的路径将从太平洋上空开始。到达任何给定地点的确切时间将取决于位置和时区。例如，尤金，俄勒冈州，第一个看到环食的大城市，将在太平洋夏令时间上午 8:06 迎来初亏，上午 9:16 开始持续四分钟的环食，然后在上午 10:39 复圆。月球的阴影将向东南方向移动，经过加利福尼亚州极东北部、内华达州、犹他州、亚利桑那州极东北部、新墨西哥州，然后是德克萨斯州。之后，它将经过墨西哥的尤卡坦半岛，然后是中美洲南部，再是南美洲北部，然后移动到大西洋上。
天文学家和长期阴影爱好者（字面意思是“阴影爱好者”）弗雷德·埃斯佩纳克创建了一个日食路径的交互式地图。只需放大并在任何地方点击即可获得有关时间的详细信息。
我想补充一点，美国大陆全境至少会看到偏食，但只有沿狭窄阴影路径的人才能看到火环。NASA 有一个很棒的网站，其中包含大量关于日食的信息。SciStarter，一个促进“公民科学”项目的优秀项目，列出了您可以参与的科学项目——为明年的全食做好充分准备。美国天文学会还推出了一个应用程序（适用于 iOS 和 Android 设备），名为 Totality 3.0，其中包含大量关于本次日食和明年全食的信息。
我从未见过环状日食，而且从我在弗吉尼亚州的位置来看，太阳只有大约三分之一会被遮挡。但如果您身处环食路径中，并且能够做到，请走出去看看（请注意安全！）。虽然它可能不如全食那样壮观，但它仍然是一种引人入胜且罕见的天文现象，非常值得您花时间观察。