本文发表于《大众科学》的前博客网络，反映了作者的观点，不一定反映《大众科学》的观点
编者注：以下是自由数据设计师 Jan Willem Tulp 的客座文章。
大众科学杂志页面中 Jan Willem Tulp 绘制的日食季图表。图片来源：Jen Christiansen（摄影）
2017 年 8 月 21 日，在美国境内一条狭窄的走廊内可以看到日全食。大众科学图形编辑 Jen Christiansen 邀请我创建一组可视化效果，以纪念这一事件：为 2017 年 8 月的印刷杂志制作两个跨页，并在他们的网站上制作一个互动图形。主要目标是通过将即将到来的日食置于地理和时间背景中，让用户和读者更好地了解这次日食。
关于支持科学新闻
如果您喜欢这篇文章，请考虑通过以下方式支持我们屡获殊荣的新闻报道 订阅。通过购买订阅，您将有助于确保未来能够继续发布关于塑造我们当今世界的发现和想法的具有影响力的故事。
从数据开始
在我的过程中，我总是喜欢使用实际数据创建初始（数字）草图和原型。这使我能够了解数据的特征——如质量和大小——只是为了了解可视化的潜力。虽然在一定程度上可以不使用数据进行草图绘制，但在我的经验中，如果您不使用实际数字，您会做出太多假设，从而导致可能无法实现的设计想法。该过程的很大一部分包括通过不断改进和尝试替代方案，将初始草图和原型演变为可行的概念。
对于这个项目，我使用了网站 eclipsewise.com 上的信息，该网站由 Fred Espenak 创建，他计算了大量的日食预测。他的网站包含一个名为《五千年日食全集：–1999 年至 +3000 年》的数据集，其中包含关于日食的元数据，包括日食的类型、日食的日期和时间以及日食经过的路径。
草图：我们最初的想法是一次可视化所有 5,000 次日食。但在视觉上尝试后，很明显这不是一个可行的选择，需要进行一些过滤。在这个例子中，我设计了一个过滤器，只显示与一个小地理区域相交的日食路径。这里的地图由经纬线网格表示（大陆稍后添加）。日食按类型进行颜色编码。图片来源：Jan Willem Tulp
构建地图
日食路径的基本地图实际上非常简单。然而，有很多变量可以调整，例如使用哪种地图投影以及应用哪些过滤器来确保地图不会因路径而过于拥挤，但仍然传达丰富的信息。早期对数据的探索（如上所述）有助于确定我最终版本将使用的时间间隔，即 2017 年至 2046 年。
与许多项目一样，正确的颜色需要大量的反复试验。我始终牢记在心的一件事——以帮助指导设计决策——是：“数据代表什么？”或“数据意味着什么？” 例如，关于颜色，我在从事这个项目时牢记了几件事：日食发生在白天；它们是投射在地球表面的阴影；环食是指您仍然可以看到月亮周围的太阳环的日食。虽然其中一些想法最终没有出现在最终结果中，但它们是我原型试验的一部分，并帮助塑造了我的想法。
草图：日食地图，其中路径的上限和下限之间的区域显示为阴影。日食中心路径的颜色基于日食的类型。图片来源：Jan Willem Tulp
表示日食季
我认为关于数据的更有趣的观点之一与日食季和周期有关。杂志中关于这个主题的最终螺旋形图形最初并不是关于季节的图形，而是关于另外两个日食周期性周期的图形。
已经研究了许多不同的日食周期，最有用的周期是沙罗周期和依耐克斯周期。这是两个日食重复周期，其中某些轨道参数会重复。在 eclipsewise.com 网站上，有一个 大型图形（归因于 G. van den Bergh 于 1955 年的“太阳（和月球）日食的周期性和变化”），该图形显示了沙罗周期和依耐克斯周期之间的关系。正如 Espenak 所写，“在全景图中向下移动一步是晚一个沙罗周期（6,585.32 天），而向右移动一步是晚一个依耐克斯周期（10,571.95 天）。”
我最初的想法是重新创建这个图形并进行一些增强——例如，使用小图标来表示日食的类型，而不是仅仅用颜色编码，以更直接地显示每次日食的样子。
草图：沙罗/依耐克斯全景图形的一部分的重新创建，使用小图标来描述日食的类型（偏食用较大圆圈内的小点表示），并突出显示未来 25 年的日食。共享一列的日食是同一沙罗序列的成员：共享一行的日食是同一依耐克斯序列的成员。图片来源：Jan Willem Tulp
然而，即使您可以看到正在发生一些重复，但事实证明，理解图形、您应该如何阅读它以及您应该从中获得什么仍然非常困难。原因之一是，由于沙罗周期和依耐克斯周期的周期性间隔不同，因此在此图形中组织时间的方式非常难以理解。
草图：未来 25 年的日食按时间顺序用线连接。很明显，由于日食的非连续定位，时间分量在这个图形中很难理解。图片来源：Jan Willem Tulp
与 Christiansen、Mark Fischetti（文本编辑）和 Michael Zeiler（一位专家顾问和完整印刷文章的技术审阅员）的对话导致了焦点的转移。我们决定基于日食季创建一种不同类型的图形，其中时间分量更容易理解。
日食季是一年中唯一可能发生日食的时间，这是由于月球轨道的倾斜（请参阅完整文章中的图形，如下所示）。每个季节持续约 34 天，并且每隔不到六个月重复一次，因此每年总是有两个完整的日食季。
图片来源：Jen Christiansen
传达这个概念的现有图表往往依赖于经典的日历网格，每列代表一个月，每行代表一年。但日历年的特征之一是它会自我重复。12 月 31 日之后，您再次从 1 月 1 日开始，这非常适合径向布局。通过这样做，并在径向时间尺度上绘制每次日食的时间，日食季的模式以辐射带的形式显现出来（如下所示）。
草图：随时间推移发生的日食，以径向时间尺度布局，并且在此版本中仍使用小图标来表示每种日食类型的外观（环食的黄色光环，偏食的较大黄色圆圈内较小的黑点）。蓝线连接属于沙罗 145 指数的日食，从最内环中的 2017 年 8 月 21 日日食开始。图片来源：Jan Willem Tulp
为了将直到 3000 年的所有日食都放入印刷页面的空间中，必须进行一些压缩。上图中的每个条带代表十年。对于最终图形，我们展开了内圆（2017 年至 2026 年），使中心接下来的 10 年日食更清晰易懂，并允许更清晰地视觉解释日食可能发生的时间范围，并使用小的灰色条。最终版本保留了沙罗 145 系列螺旋线，从中心附近的 8 月 21 日日食开始。黄色光环被移除，因为有人担心它们打印效果不够好。最终版本中的日食类型用颜色表示，偏食点的大小仍然缩放以表示日食的大小。
开发互动地球仪
对于互动可视化，同样的问题是如何缩小日食的数量，使其不会过于庞大或难以阅读。此外，如果您可以个性化可视化，或者提供与用户相关的选项，这将增加可视化的参与度。
在这种特殊情况下，它使我们能够将 8 月 21 日的日食置于更广泛的背景下，为今年无法在美国体验日全食的读者提供一种感觉，让他们了解未来可能在何处以及何时能够观看日全食。互动版本允许您选择一个国家/地区，该国家/地区在未来 150 年内有一个或多个中心日食穿过该选定国家/地区。
未来 150 年内将经过南极洲的中心日食（按类型颜色编码）。 图片来源：Jan Willem Tulp
正如 Fischetti 在《大众科学》八月刊文章中写道，“带上朋友一起去。”