本文發表於《大眾科學》的前部落格網路，反映了作者的觀點，不一定反映《大眾科學》的觀點
編者注：以下是自由資料設計師 Jan Willem Tulp 的客座文章。
大眾科學雜誌頁面中 Jan Willem Tulp 繪製的日食季圖表。圖片來源：Jen Christiansen（攝影）
2017 年 8 月 21 日，在美國境內一條狹窄的走廊內可以看到日全食。大眾科學圖形編輯 Jen Christiansen 邀請我建立一組視覺化效果，以紀念這一事件：為 2017 年 8 月的印刷雜誌製作兩個跨頁，並在他們的網站上製作一個互動圖形。主要目標是透過將即將到來的日食置於地理和時間背景中，讓使用者和讀者更好地瞭解這次日食。
關於支援科學新聞
如果您喜歡這篇文章，請考慮透過以下方式支援我們屢獲殊榮的新聞報道 訂閱。透過購買訂閱，您將有助於確保未來能夠繼續釋出關於塑造我們當今世界的發現和想法的具有影響力的故事。
從資料開始
在我的過程中，我總是喜歡使用實際資料建立初始（數字）草圖和原型。這使我能夠了解資料的特徵——如質量和大小——只是為了瞭解視覺化的潛力。雖然在一定程度上可以不使用資料進行草圖繪製，但在我的經驗中，如果您不使用實際數字，您會做出太多假設，從而導致可能無法實現的設計想法。該過程的很大一部分包括透過不斷改進和嘗試替代方案，將初始草圖和原型演變為可行的概念。
對於這個專案，我使用了網站 eclipsewise.com 上的資訊，該網站由 Fred Espenak 建立，他計算了大量的日食預測。他的網站包含一個名為《五千年日食全集：–1999 年至 +3000 年》的資料集，其中包含關於日食的元資料，包括日食的型別、日食的日期和時間以及日食經過的路徑。
草圖：我們最初的想法是一次視覺化所有 5,000 次日食。但在視覺上嘗試後，很明顯這不是一個可行的選擇，需要進行一些過濾。在這個例子中，我設計了一個過濾器，只顯示與一個小地理區域相交的日食路徑。這裡的地圖由經緯線網格表示（大陸稍後新增）。日食按型別進行顏色編碼。圖片來源：Jan Willem Tulp
構建地圖
日食路徑的基本地圖實際上非常簡單。然而，有很多變數可以調整，例如使用哪種地圖投影以及應用哪些過濾器來確保地圖不會因路徑而過於擁擠，但仍然傳達豐富的資訊。早期對資料的探索（如上所述）有助於確定我最終版本將使用的時間間隔，即 2017 年至 2046 年。
與許多專案一樣，正確的顏色需要大量的反覆試驗。我始終牢記在心的一件事——以幫助指導設計決策——是：“資料代表什麼？”或“資料意味著什麼？” 例如，關於顏色，我在從事這個專案時牢記了幾件事：日食發生在白天；它們是投射在地球表面的陰影；環食是指您仍然可以看到月亮周圍的太陽環的日食。雖然其中一些想法最終沒有出現在最終結果中，但它們是我原型試驗的一部分，並幫助塑造了我的想法。
草圖：日食地圖，其中路徑的上限和下限之間的區域顯示為陰影。日食中心路徑的顏色基於日食的型別。圖片來源：Jan Willem Tulp
表示日食季
我認為關於資料的更有趣的觀點之一與日食季和週期有關。雜誌中關於這個主題的最終螺旋形圖形最初並不是關於季節的圖形，而是關於另外兩個日食週期性週期的圖形。
已經研究了許多不同的日食週期，最有用的週期是沙羅週期和依耐克斯週期。這是兩個日食重複週期，其中某些軌道引數會重複。在 eclipsewise.com 網站上，有一個 大型圖形（歸因於 G. van den Bergh 於 1955 年的“太陽（和月球）日食的週期性和變化”），該圖形顯示了沙羅週期和依耐克斯週期之間的關係。正如 Espenak 所寫，“在全景圖中向下移動一步是晚一個沙羅週期（6,585.32 天），而向右移動一步是晚一個依耐克斯週期（10,571.95 天）。”
我最初的想法是重新建立這個圖形並進行一些增強——例如，使用小圖示來表示日食的型別，而不是僅僅用顏色編碼，以更直接地顯示每次日食的樣子。
草圖：沙羅/依耐克斯全景圖形的一部分的重新建立，使用小圖示來描述日食的型別（偏食用較大圓圈內的小點表示），並突出顯示未來 25 年的日食。共享一列的日食是同一沙羅序列的成員：共享一行的日食是同一依耐克斯序列的成員。圖片來源：Jan Willem Tulp
然而，即使您可以看到正在發生一些重複，但事實證明，理解圖形、您應該如何閱讀它以及您應該從中獲得什麼仍然非常困難。原因之一是，由於沙羅週期和依耐克斯週期的週期性間隔不同，因此在此圖形中組織時間的方式非常難以理解。
草圖：未來 25 年的日食按時間順序用線連線。很明顯，由於日食的非連續定位，時間分量在這個圖形中很難理解。圖片來源：Jan Willem Tulp
與 Christiansen、Mark Fischetti（文字編輯）和 Michael Zeiler（一位專家顧問和完整印刷文章的技術審閱員）的對話導致了焦點的轉移。我們決定基於日食季建立一種不同型別的圖形，其中時間分量更容易理解。
日食季是一年中唯一可能發生日食的時間，這是由於月球軌道的傾斜（請參閱完整文章中的圖形，如下所示）。每個季節持續約 34 天，並且每隔不到六個月重複一次，因此每年總是有兩個完整的日食季。
圖片來源：Jen Christiansen
傳達這個概念的現有圖表往往依賴於經典的日曆網格，每列代表一個月，每行代表一年。但日曆年的特徵之一是它會自我重複。12 月 31 日之後，您再次從 1 月 1 日開始，這非常適合徑向佈局。透過這樣做，並在徑向時間尺度上繪製每次日食的時間，日食季的模式以輻射帶的形式顯現出來（如下所示）。
草圖：隨時間推移發生的日食，以徑向時間尺度佈局，並且在此版本中仍使用小圖示來表示每種日食型別的外觀（環食的黃色光環，偏食的較大黃色圓圈內較小的黑點）。藍線連線屬於沙羅 145 指數的日食，從最內環中的 2017 年 8 月 21 日日食開始。圖片來源：Jan Willem Tulp
為了將直到 3000 年的所有日食都放入印刷頁面的空間中，必須進行一些壓縮。上圖中的每個條帶代表十年。對於最終圖形，我們展開了內圓（2017 年至 2026 年），使中心接下來的 10 年日食更清晰易懂，並允許更清晰地視覺解釋日食可能發生的時間範圍，並使用小的灰色條。最終版本保留了沙羅 145 系列螺旋線，從中心附近的 8 月 21 日日食開始。黃色光環被移除，因為有人擔心它們列印效果不夠好。最終版本中的日食型別用顏色表示，偏食點的大小仍然縮放以表示日食的大小。
開發互動地球儀
對於互動視覺化，同樣的問題是如何縮小日食的數量，使其不會過於龐大或難以閱讀。此外，如果您可以個性化視覺化，或者提供與使用者相關的選項，這將增加視覺化的參與度。
在這種特殊情況下，它使我們能夠將 8 月 21 日的日食置於更廣泛的背景下，為今年無法在美國體驗日全食的讀者提供一種感覺，讓他們瞭解未來可能在何處以及何時能夠觀看日全食。互動版本允許您選擇一個國家/地區，該國家/地區在未來 150 年內有一個或多箇中心日食穿過該選定國家/地區。
未來 150 年內將經過南極洲的中心日食（按型別顏色編碼）。 圖片來源：Jan Willem Tulp
正如 Fischetti 在《大眾科學》八月刊文章中寫道，“帶上朋友一起去。”