本文是关于2024年美国日全食特别报道的一部分，该日全食将于2024年4月8日在美国、墨西哥和加拿大parts地区可见。
日全食，例如今年四月将席卷北美洲的日全食，是人们可以体验到的最崇高和超凡的自然现象之一。当月球完全遮蔽太阳，在下方的地球上投下阴影时，全食的奇观几乎是不真实的，仿佛宇宙的自然节奏和正常秩序被打乱了。难怪纵观历史，这些事件引发了恐惧、惊奇和敬畏。它们也为天文学家测试先进的物理理论和发现自然世界的新方面提供了绝佳的机会。以下仅是日全食三次改变我们对天空、地球以及介于两者之间的一切的看法的例子。
哈雷日食
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如果没有爱德蒙·哈雷，我们可能永远不会有艾萨克·牛顿革命性的引力理论。1684年，哈雷的一位同代人罗伯特·胡克声称能够从更简单的原理推导出开普勒的行星运动定律。然而，当他被质疑他的论断时，他无法支持它。哈雷也曾同意尝试解决这个问题，但结果却一无所获，于是他转向了他的老朋友牛顿。牛顿让胡克感到惊讶，他说他已经找到了解决方案，但“丢失”了笔记。为了满足哈雷坚持不懈的鼓励，牛顿创作了也许是有史以来最伟大的物理学著作，他的《自然哲学的数学原理》。
说哈雷是牛顿的超级粉丝还是轻描淡写了。哈雷亲自资助了牛顿著作的首次出版，并在向公众传播其重要性和意义方面发挥了关键作用。通过这样做，他成为历史上第一个准确预测即将到来的日食的人。
纵观历史，各种文化都成功地粗略地猜测了日食的时间。然而，通过运用牛顿新近提出的引力定律，哈雷能够相当精确地预测1715年5月3日掠过伦敦的日全食的时间和路径。时间和路径的误差分别在四分钟和20英里左右。（哈雷的误差可能不是来自牛顿定律的任何失败，而是由于月球运动记录的不准确）。
自然，这一事件成为了新闻，世界各地的科学家和普通民众都认可了牛顿的天才。哈雷选择绘制日食地理路径的方式（用深色带显示全食和偏食）非常好，以至于我们今天仍然使用这种风格。
詹森日食
到19世纪中期，化学家、物理学家和天文学家都对新发现的光谱学技术感到兴奋，这种技术将光线分解成彩虹般的光谱，可以揭示光源的元素组成。（确切地说是哪些元素尚待辩论，因为原子尚未被证实存在！）
利用光谱学，天文学家有史以来第一次可以通过望远镜观察并识别他们所看到物质的成分，就像他们可以伸出手触摸遥远的行星和恒星一样容易。今天，光谱学是现代天文学的基石。对于您可能遇到的每一个迷人的天文天体图像，可能都有十几篇关于其光谱的论文发表。
鉴于太阳是天空中最亮的东西，它是光谱学的自然目标。利用这项技术，天文学家在太阳炽热的大气层中发现了氢、铁、氧、碳以及更多物质，以及一种难以理解的元素的迹象。最早的观测表明，它可能是一种奇怪的铁，但没有一种解释完全符合数据。
1868年8月18日，当国际天文学家团队在印度南部和东南亚观测到一次日全食时，取得了关键进展。其中包括诺曼·洛克耶和朱尔斯·詹森，他们一起研究了突然出现在月球遮挡轮廓周围的太阳耀斑的光谱。这些光谱使他们能够驱散迷雾，清楚地揭示了太阳上存在一种以前在地球上未知的元素。
地球化学家花了数十年时间才分离出这种元素，他们根据希腊语helios（意为“太阳”）将其命名为氦。氦是第一个——也是迄今为止唯一一个——在天空中发现的元素，然后才在地球上发现。
爱丁顿日食
尽管牛顿对引力的描述是如此优美和准确，但它是不完整的，无法充分解释某些现象，例如水星绕太阳轨道的近日点进动。这种不完整性是阿尔伯特·爱因斯坦努力创造一种全新的引力概念——他的广义相对论的关键动机，广义相对论将引力视为大质量物体引起的时空弯曲。利用广义相对论，爱因斯坦能够解释水星轨道的奥秘。然而，从技术上讲，那是一种后验——构思一种理论来解释已知的结果。他需要的是一个预测——一些新的东西来证明他的理论到底有多强大。
爱因斯坦很快想到了利用广义相对论来预测光线应被引力场偏转的程度——即围绕太阳等大质量物体的时空弯曲。太阳的引力应该稍微偏转任何经过的光线。通常我们看不到这种效应，因为它非常微小，而且来自遥远恒星的大部分光线都没有充分靠近太阳。但在日全食期间，有人可能会测量太阳视边缘上恒星的精确位置，然后将其在任何其他时间的位置进行比较，以辨别这种偏转。
牛顿的理论也预测了这种偏转，爱因斯坦最初的相对论推导也得到了相同的结果。在1911年的一篇论文中，爱因斯坦敦促天文学家去寻找这种效应。尽管他们在随后的几次日食中尝试过，但由于恶劣的天气，他们的尝试都失败了。
事实证明，这对爱因斯坦来说是件好事：一旦他完全充实了他的理论，他意识到他的计算给出的偏转比牛顿引力预测的偏转更强。在爱因斯坦再次寻求他的天文学同事弗兰克·沃森·戴森和亚瑟·爱丁顿的帮助后，他们接受了他的挑战。这两位天文学家率领了两次探险——一次前往普林西比岛，另一次前往巴西——测量了1919年5月29日日全食期间太阳附近恒星的视位置，发现它们的位置与爱因斯坦的预测完全一致。
第二年，在皇家天文学会的一次晚宴上，爱丁顿背诵了以下诗歌，这是他对《鲁拜集》的戏仿。
哦，让智者整理我们的测量结果
至少有一件事是肯定的，光有重量
一件事是肯定的，其余的都在争论
光线，当靠近太阳时，不会走直线。
明日日食
如今，地球上的天文学家通常不需要等待下一次月球的命运对齐来研究太阳，因为他们可以使用一种名为日冕仪的巧妙仪器按需制造自己的“日食”。这些设备可以简单到像一个固定在望远镜上的圆盘，精确地阻挡太阳。天文学家经常使用日冕仪来研究太阳的外层大气，那里仍然有许多谜团有待发现：没有人确切地知道为什么这个区域如此灼热，与太阳的视觉表面相比，为什么它有如此强烈和缠结的磁场，或者为什么它能够发射永无止境的带电粒子流，即太阳风。
过去的自然日食帮助我们彻底改变了对宇宙的看法，而现在的人造日食肯定会推动我们进入天文学的未来。谁知道太阳接下来会向我们揭示什么新的秘密呢？