本文最初发表于 The Conversation。
2024 年 4 月 8 日，美国各地的数百万人将有机会一生一次地目睹一次日全食。包括德克萨斯州奥斯汀、纽约州布法罗和俄亥俄州克利夫兰在内的城市，将能够直接观赏到这场持续仅数小时的罕见宇宙事件。
虽然你可以从地球上的任何地方看到许多天文现象，例如 彗星 和流星雨，但日食却不同。你需要前往所谓的 全食带 才能体验完整的日食。只有某些地方才能看到日食的完整表演，这是由规模决定的。
月球相对 较小的尺寸 及其阴影使得日食成为真正一生一次的机会。平均而言，日全食每隔几年就会在地球的某个地方可见。但对于地球上的任何一个特定地点而言，两次日食之间大约相隔 375 年。
我是一名天文学家，但我从未见过日全食，所以我计划在这次日全食期间开车前往宾夕法尼亚州伊利市，那里位于全食带上。这是我 为数不多的 可以看到日全食而无需进行更昂贵的 前往更偏远地区旅行 的机会之一。许多人问我为什么附近的日食如此罕见，答案与月球的大小以及它与太阳的距离有关。
大小与规模
当月球运行到太阳前面，遮挡了部分或全部太阳时，你就可以观测到日食。对于地球上的人们来说，要看到日食，月球在绕地球运行时，必须正好位于观测者与太阳的视线之上。然而，只有部分观测者能看到日食，因为在日食那天，并非所有人的太阳视线都会被月球遮挡。
日食之所以会发生，在某种程度上是一种数字上的巧合。碰巧 太阳 的大小约为月球的 400 倍，而它到地球的 距离 也大约是月球到地球距离的 400 倍。
因此，尽管月球 比太阳小得多，但它离地球的距离恰好使得从地球上看，它看起来与太阳的大小相同。
例如，你的小指比太阳小得多，但如果你把它举到手臂的长度，在你看来，它似乎足够大，足以遮挡太阳。月球也可以做到这一点——如果从你的视角来看，它与太阳完美对齐，它就可以遮挡太阳。
全食带
当地球、月球和太阳完美对齐时，月球 就会在地球上投下阴影。由于月球是圆的，它的阴影落在地球上时也是圆的。只有位于当时月球阴影落地的地球区域内的人们才能看到日食。
月球在不断绕地球运行，因此随着日食期间时间的推移，月球的阴影会在地球表面移动。它的阴影看起来像一条长数百英里的粗线。天文学家称这条线为 全食带。
在全食带内的任何一个地点，观测者都可以看到太阳在几分钟内被完全遮挡。然后，阴影会从该地点移开，太阳会逐渐变得越来越可见。
倾斜的轨道
日食并不是每次月球经过地球和太阳之间时都会发生。如果那样的话，每个月都会发生一次日食。
如果你能漂浮在地球北极上空，从上方看到月球的轨道，你会看到月球每次绕地球运行（大约每月一次）时都会与太阳对齐。从这个高处看，似乎月球的阴影每次轨道都会落在地球上。
然而，如果你能将视角转移到月球的轨道平面，你就会看到月球的轨道 相对于地球绕太阳的轨道倾斜了约 5 度。这种倾斜意味着有时月球太高，它的阴影会掠过地球上方，有时月球太低，它的阴影会掠过地球下方。只有当月球 位置恰到好处 并且它的阴影落在地球上时，才会发生日食。
随着时间的推移，地球和月球继续旋转，最终月球会在月球穿过太阳和地球之间时 与地球绕太阳的轨道对齐。
虽然 4 月的日食只有某些城市位于全食带内，但整个美国仍离全食带足够近，以至于全食带外的观测者将看到 日偏食。在这些地点，在日食最显著的时刻，月球似乎会遮挡一部分太阳，留下一个新月形的太阳可见。
