本文是關於2024年美國日全食特別報道的一部分，該日全食將於2024年4月8日在美國、墨西哥和加拿大parts地區可見。
日全食，例如今年四月將席捲北美洲的日全食，是人們可以體驗到的最崇高和超凡的自然現象之一。當月球完全遮蔽太陽，在下方的地球上投下陰影時，全食的奇觀幾乎是不真實的，彷彿宇宙的自然節奏和正常秩序被打亂了。難怪縱觀歷史，這些事件引發了恐懼、驚奇和敬畏。它們也為天文學家測試先進的物理理論和發現自然世界的新方面提供了絕佳的機會。以下僅是日全食三次改變我們對天空、地球以及介於兩者之間的一切的看法的例子。
哈雷日食
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如果沒有愛德蒙·哈雷，我們可能永遠不會有艾薩克·牛頓革命性的引力理論。1684年，哈雷的一位同代人羅伯特·胡克聲稱能夠從更簡單的原理推匯出開普勒的行星運動定律。然而，當他被質疑他的論斷時，他無法支援它。哈雷也曾同意嘗試解決這個問題，但結果卻一無所獲，於是他轉向了他的老朋友牛頓。牛頓讓胡克感到驚訝，他說他已經找到了解決方案，但“丟失”了筆記。為了滿足哈雷堅持不懈的鼓勵，牛頓創作了也許是有史以來最偉大的物理學著作，他的《自然哲學的數學原理》。
說哈雷是牛頓的超級粉絲還是輕描淡寫了。哈雷親自資助了牛頓著作的首次出版，並在向公眾傳播其重要性和意義方面發揮了關鍵作用。透過這樣做，他成為歷史上第一個準確預測即將到來的日食的人。
縱觀歷史，各種文化都成功地粗略地猜測了日食的時間。然而，透過運用牛頓新近提出的引力定律，哈雷能夠相當精確地預測1715年5月3日掠過倫敦的日全食的時間和路徑。時間和路徑的誤差分別在四分鐘和20英里左右。（哈雷的誤差可能不是來自牛頓定律的任何失敗，而是由於月球運動記錄的不準確）。
自然，這一事件成為了新聞，世界各地的科學家和普通民眾都認可了牛頓的天才。哈雷選擇繪製日食地理路徑的方式（用深色帶顯示全食和偏食）非常好，以至於我們今天仍然使用這種風格。
詹森日食
到19世紀中期，化學家、物理學家和天文學家都對新發現的光譜學技術感到興奮，這種技術將光線分解成彩虹般的光譜，可以揭示光源的元素組成。（確切地說是哪些元素尚待辯論，因為原子尚未被證實存在！）
利用光譜學，天文學家有史以來第一次可以透過望遠鏡觀察並識別他們所看到物質的成分，就像他們可以伸出手觸控遙遠的行星和恆星一樣容易。今天，光譜學是現代天文學的基石。對於您可能遇到的每一個迷人的天文天體影像，可能都有十幾篇關於其光譜的論文發表。
鑑於太陽是天空中最亮的東西，它是光譜學的自然目標。利用這項技術，天文學家在太陽熾熱的大氣層中發現了氫、鐵、氧、碳以及更多物質，以及一種難以理解的元素的跡象。最早的觀測表明，它可能是一種奇怪的鐵，但沒有一種解釋完全符合資料。
1868年8月18日，當國際天文學家團隊在印度南部和東南亞觀測到一次日全食時，取得了關鍵進展。其中包括諾曼·洛克耶和朱爾斯·詹森，他們一起研究了突然出現在月球遮擋輪廓周圍的太陽耀斑的光譜。這些光譜使他們能夠驅散迷霧，清楚地揭示了太陽上存在一種以前在地球上未知的元素。
地球化學家花了數十年時間才分離出這種元素，他們根據希臘語helios（意為“太陽”）將其命名為氦。氦是第一個——也是迄今為止唯一一個——在天空中發現的元素，然後才在地球上發現。
愛丁頓日食
儘管牛頓對引力的描述是如此優美和準確，但它是不完整的，無法充分解釋某些現象，例如水星繞太陽軌道的近日點進動。這種不完整性是阿爾伯特·愛因斯坦努力創造一種全新的引力概念——他的廣義相對論的關鍵動機，廣義相對論將引力視為大質量物體引起的時空彎曲。利用廣義相對論，愛因斯坦能夠解釋水星軌道的奧秘。然而，從技術上講，那是一種後驗——構思一種理論來解釋已知的結果。他需要的是一個預測——一些新的東西來證明他的理論到底有多強大。
愛因斯坦很快想到了利用廣義相對論來預測光線應被引力場偏轉的程度——即圍繞太陽等大質量物體的時空彎曲。太陽的引力應該稍微偏轉任何經過的光線。通常我們看不到這種效應，因為它非常微小，而且來自遙遠恆星的大部分光線都沒有充分靠近太陽。但在日全食期間，有人可能會測量太陽視邊緣上恆星的精確位置，然後將其在任何其他時間的位置進行比較，以辨別這種偏轉。
牛頓的理論也預測了這種偏轉，愛因斯坦最初的相對論推導也得到了相同的結果。在1911年的一篇論文中，愛因斯坦敦促天文學家去尋找這種效應。儘管他們在隨後的幾次日食中嘗試過，但由於惡劣的天氣，他們的嘗試都失敗了。
事實證明，這對愛因斯坦來說是件好事：一旦他完全充實了他的理論，他意識到他的計算給出的偏轉比牛頓引力預測的偏轉更強。在愛因斯坦再次尋求他的天文學同事弗蘭克·沃森·戴森和亞瑟·愛丁頓的幫助後，他們接受了他的挑戰。這兩位天文學家率領了兩次探險——一次前往普林西比島，另一次前往巴西——測量了1919年5月29日日全食期間太陽附近恆星的視位置，發現它們的位置與愛因斯坦的預測完全一致。
第二年，在皇家天文學會的一次晚宴上，愛丁頓背誦了以下詩歌，這是他對《魯拜集》的戲仿。
哦，讓智者整理我們的測量結果
至少有一件事是肯定的，光有重量
一件事是肯定的，其餘的都在爭論
光線，當靠近太陽時，不會走直線。
明日日食
如今，地球上的天文學家通常不需要等待下一次月球的命運對齊來研究太陽，因為他們可以使用一種名為日冕儀的巧妙儀器按需製造自己的“日食”。這些裝置可以簡單到像一個固定在望遠鏡上的圓盤，精確地阻擋太陽。天文學家經常使用日冕儀來研究太陽的外層大氣，那裡仍然有許多謎團有待發現：沒有人確切地知道為什麼這個區域如此灼熱，與太陽的視覺表面相比，為什麼它有如此強烈和纏結的磁場，或者為什麼它能夠發射永無止境的帶電粒子流，即太陽風。
過去的自然日食幫助我們徹底改變了對宇宙的看法，而現在的人造日食肯定會推動我們進入天文學的未來。誰知道太陽接下來會向我們揭示什麼新的秘密呢？