美國、墨西哥以及中美洲和南美洲部分地區的人們將在十月份迎來罕見的天文奇觀：環狀日食。
環狀日食類似於全食，在全食中，月球完全遮擋了太陽的表面，但在環食的高峰期，月球在天空中顯得太小，無法完全遮蔽我們的恆星。這會在黑暗的月球輪廓周圍形成一個明亮的光環——因此得名“環狀”，意思是“環形的”。（有些人更喜歡簡單地稱環狀日食為“火環”。）
當月球直接從太陽前方經過時，就會發生日食——本質上，我們這顆天然衛星的陰影掃過地球表面。如果月球在與地球繞太陽執行的同一平面上執行，我們每 29 天就會發生一次日食——這是月球相對於太陽繞地球執行一週所需的時間。但月球的軌道實際上是傾斜的，相對於地球軌道傾斜約五度。
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就像兩個呼啦圈，一個在另一個裡面且傾斜，太陽一年繞天空一週的路徑和月球每月的軌道在兩個點相交，稱為交點。只有當太陽和月球同時位於一個交點時，我們才會看到日食；否則，月球會在天空中“錯過”太陽，從上方或下方掠過。大多數時候，兩者並非完美對齊，從而導致偏食，其中月球僅阻擋太陽表面的一小部分。
如果它們恰好對齊，太陽面向地球的整個半球都會被阻擋，我們就能看到壯麗的全食。天空變暗，太陽空靈的外層大氣，稱為日冕，突顯出來。2017 年全食時我在懷俄明州，毫不誇張地說，那是我見過的最美麗、最令人感動的事件之一。美國將在 2024 年 4 月 8 日再次迎來這些令人難以置信的天文現象之一。
但在此之前——具體來說是 10 月 14 日——另一個因素將發揮作用：月球與地球的距離。
令人驚奇的是，平均而言，太陽比月球遠 400 倍，體積也比月球大 400 倍。這兩種效應相互抵消，因此太陽和月球在天空中看起來大小相同：大約半度，或者您伸直手臂時小指寬度的一半。
然而，月球並非以圓形軌道繞地球執行，而是以橢圓形軌道執行。在其最近點，即軌道上稱為近地點的點，月球距離地球表面約 355,000 公里。在其最遠點——遠地點——約為 397,000 公里。大約 10% 的距離變化意味著月球在天空中的視大小在一個軌道週期的一半內變化 10%。因此，在其遠地點，月球可能看起來比太陽小。
月球將於 10 月 9 日到達遠地點，就在即將到來的日食前五天。屆時它將距離地球約 391,000 公里——或多或少。確切數字取決於其他因素，例如觀察者的緯度和經度、一天中的時間等等。在那個距離，它的視角約為 0.51 度。與此同時，地球和太陽幾乎正好處於它們的平均距離，1.49 億公里，因此太陽看起來是一個直徑約為 0.54 度的圓盤。
這造成了天壤之別。月球太小，無法完全遮蔽太陽。相反，當它經過時，它會在太陽周圍留下一個環——一個環狀物——從而形成環狀日食。月球最多將遮蔽太陽表面的 91%，因此嚴格來說這將是一次偏食——但這是一次非常特別的、完美居中的偏食。
日食將有三個主要階段：初虧、環食和復圓。初虧將是月球邊緣首次出現接觸太陽邊緣的時候。隨著時間的推移，隨著月球的移動，它似乎會吞噬我們恆星圓盤的更多部分。大約在初虧後 70 到 90 分鐘，具體取決於您的位置，將發生環食。環食將持續一到五分鐘，也取決於位置。然後月球將開始離開太陽表面。我們的天然衛星將再花費 70 到 90 分鐘才能完全移出恆星（復圓）。
這就是日食的運作方式。那麼您如何才能看到它呢？
首先，在任何時候用肉眼觀看都是不安全的！ 在整個日食期間，太陽都是可見的，因此您需要適當的眼睛保護。（不要只使用太陽鏡、曝光的膠捲或焊工眼鏡。）許多公司出售“日食眼鏡”——通常是用重度過濾的塑膠薄膜製成的紙框，用於觀看——但並非所有這些都是安全的。美國天文學會列出了值得信賴的供應商名單，這些供應商的眼鏡符合 ISO 12312-2，國際標準化組織 (ISO) 的 直接觀看太陽的安全標準。我想補充一點，Astronomy for Equity 批次銷售它們，並且該組織從這些銷售中獲得的資金用於崇高的事業。
一種有趣的觀察此事件的方式是使用針孔投影儀。在紙板上戳一個小孔，可以讓陽光以平行光線——即適合成像的聚焦光線——穿過。然後您可以將其舉起，並將由此產生的光線投影到一張白紙、人行道甚至裸露的地面上。您會看到太陽的可愛完美的小影像，隨著月球逐漸吞噬它。樹葉也可以產生類似的效果（重疊的葉子會形成許多小孔），因此您可以在大多數樹木下方的地面上看到數十甚至數百個太陽影像。
在 10 月 14 日的早晨，月球陰影的路徑將從太平洋上空開始。到達任何給定地點的確切時間將取決於位置和時區。例如，尤金，俄勒岡州，第一個看到環食的大城市，將在太平洋夏令時間上午 8:06 迎來初虧，上午 9:16 開始持續四分鐘的環食，然後在上午 10:39 復圓。月球的陰影將向東南方向移動，經過加利福尼亞州極東北部、內華達州、猶他州、亞利桑那州極東北部、新墨西哥州，然後是德克薩斯州。之後，它將經過墨西哥的尤卡坦半島，然後是中美洲南部，再是南美洲北部，然後移動到大西洋上。
天文學家和長期陰影愛好者（字面意思是“陰影愛好者”）弗雷德·埃斯佩納克建立了一個日食路徑的互動式地圖。只需放大並在任何地方點選即可獲得有關時間的詳細資訊。
我想補充一點，美國大陸全境至少會看到偏食，但只有沿狹窄陰影路徑的人才能看到火環。NASA 有一個很棒的網站，其中包含大量關於日食的資訊。SciStarter，一個促進“公民科學”專案的優秀專案，列出了您可以參與的科學專案——為明年的全食做好充分準備。美國天文學會還推出了一個應用程式（適用於 iOS 和 Android 裝置），名為 Totality 3.0，其中包含大量關於本次日食和明年全食的資訊。
我從未見過環狀日食，而且從我在弗吉尼亞州的位置來看，太陽只有大約三分之一會被遮擋。但如果您身處環食路徑中，並且能夠做到，請走出去看看（請注意安全！）。雖然它可能不如全食那樣壯觀，但它仍然是一種引人入勝且罕見的天文現象，非常值得您花時間觀察。