明天，日食又双叒来了，还来了个特别的——混合日食！
据研究表明，本世纪会有224次日食，其中有7次混合日食（仅占3.1%），目前为止，已经发生了两次，而下一次将在今年的4月20日再次上演，届时我国东南部地区可见偏食。
那么，比起往常的日食，混合日食究竟有何特别之处呢？
罕见的“三合一”混合日食4月20日即将来临的“混合日食”，可以说是最罕见、最壮观的日食类型。
日食（solar eclipse），又叫做日蚀，是月球运动到太阳和地球中间，如果三者正好处在一条直线时，月球就会挡住太阳射向地球的光，月球身后的黑影正好落到地球上，这时便会发生日食现象。通常有初亏、食既、食甚、生光、复圆五个阶段。
日全食阶段 （图片来源：Veer图库）
日食又可分为日全食、日偏食、日环食，和混合型日食。之所以会将日食区分为这么多个类型，是由于地球处于月球阴影的位置不同而产生的差异。当我们处于月球的本影中，我们观测到的是全食，而处于半影中时，我们看到的则是偏食。最奇特的是当地球表面处于“月球伪本影区”，我们将会看到环食。
我们这一次主角，就是以上三种合而为一的混合日食，既包含了环食和全食，也伴有偏食带。三者缺一不可，一个只有全食和偏食的日食不叫混合日食，同理，只有环食和偏食的时候也不叫混合日食。
混合日食是最罕见的一种，每年有二到五次日食，但在21世纪只有3.1%（224次中有7次）日食是混合日食。上一次的混合日食发生在2013年11月3日。在中非，包括肯尼亚北部和乌干达、刚果和刚果民主共和国，可以看到日全食。大西洋中部的游轮也经历了长达一分钟的全食。
日食是怎么被地球人看到的？（图片来源：Veer图库）
日食（图片来源：Veer图库）
为什么会发生混合日食
说到混合日食的形成原理，我们首先需要刷新一个认知，即影子是一个三维立体的结构，而并不只是平面上的剪影。
月球形成的本影是一个圆锥体的结构，就像月球的尾巴一样，拖在它的身体后面。当它的“尾巴”扫过地球附近，我们在地球上就能看到日食。
月球与地球的距离恰到好处，其圆锥形阴影（本影）的顶点在日食路径的起点和终点，略高于地球表面，导致月球的“伪本影”笼罩在地球表面，于是导致日环食。
而当月球到达地球的距离，接近本影到达地球的极限时（意味着“尾巴尖儿”刚刚扫到地球，处于一种临界状态），并且同时因为地球表面是弯曲的，此时就会发生混合日食。
同一个太阳，日食也有“地域差异”？
在日食出现时，有些地方可以看见日全食，而有些地方能看见日环食。这是由于在日食路径的最中间，月球本影的顶点则能“撞击”地球表面。因为地球表面是有曲率的，中间部分相当于一段“隆起”，因此会更加接近月球，也就正好从“锥体的交汇点”“突入”了本影区内。所以，在本影内看到的是全食。
而产生日环食的“伪本影”是一个奇特的“中心对称型结构”，全环食的混合食带也是一个“中心对称型结构” 。
为什么用奇特来形容它呢？我们从伪本影最中间的特殊点，切着月球的两边向太阳引射线，接着我们会直观的看到，左右射线能够分别“夹住”太阳发光圆面的边缘部分。这就证明伪本影中间这个特点是极为特殊的，它的地位不同于左右两点。
它和本影中的两边的极限点不一样，在本影中的，两边极限像两扇门，关住了中间的黑暗，在两扇门之间的内部，都是一样“等价”的黑暗。而伪本影不是这样一个结构，前后两扇门是黑暗的，但越往里走越亮堂，仿佛在房子的正中间有一盏亮着的灯从房顶的孔洞中漏出来，射在黑暗房子的正中心。
无独有偶，混合日食的食带也是一个“中心对称结构”。进入的起点和结束的终点都是一样，而在中心处，却是另外一种风景。
我们可以把地球想成一口倒扣的“锅”，房顶正中有一盏镭射汇聚灯，当往正下照到锅的凸起的最高位置的时候，有一个较大光斑，因为聚焦点被锅的“最高处”截住了、挡住了，当镭射灯的照射方向，向锅的一侧移动的时候，由于距离拉长了，所以给了灯光聚焦的空间，所以我们看到光斑会变得越来越小。
但存在一个极限，当到达汇聚点之后，灯光继续向更外侧照射，继续拉长距离，这时候光斑又开始变大，这就意味着焦点已经经过了汇聚，汇聚之后又开始扩散，此时的光斑已经相当于“伪本影”。这说明混合食带也是一个中心对称的结构。
其他星球也会有日食吗？会！对于视（角）直径大于太阳表面尺寸的天体，更恰当的术语是掩星。对于视角直径比太阳小的多的天体，术语一般是“凌”。
在其他星球上，如果看到自己的卫星遮蔽太阳，我们一般会称之为凌日或者凌星。但是卫星能恰好处于一种“恰到好处”的位置，从而遮蔽太阳的情况，则不常见。它们的视直径通常很小，一般很少能大面积地遮蔽太阳。我们地球上也可以看到水星凌日或者是金星凌日的现象，只不过是一个小黑点而已。
不过，如果是在月球上或者是一些巨型行星的卫星上，则能够看见震撼的日食。在月球上，由于地球的视直径会更大一些，遮住太阳更彻底。同时，月球对地球处于一个潮汐锁定的状态，所以它的日食食带相对固定。
至于一些巨型行星的卫星上的日食观测，以土星的卫星为例，土星的其中七颗卫星：土卫十、土卫一、土卫二、土卫三、土卫五、土卫四及土卫六上均能够观测到掩日。科学家曾经在土卫五上“观测”过日食。2008年卡西尼号飞船到达探测的土星，正好拍摄到了一段珍贵视频，土星的影子扫过土卫五。
而在我们所熟知的电影《流浪地球》中，地球飞越木星时，木星这颗巨大的气态行星甚至简直遮蔽了整个地平线和半边天，在此情景下，掩日日食则更是小菜一碟。
如今，我们看着月球的视直径和太阳差不多，而在远古之前，在恐龙时代，那时候的月亮的视直径更大，甚至能形成对太阳的“掩”。而随着月球逐渐离我们远去，以后理论上全食次数将会变少，环食变多。
月全食和导致天王星掩星（图片来源：Veer图库）
当日食与科学的交汇对日食的观测和研究丰富了人类的科学知识，也极大发展了人类的天文学和几何学以及光学。
日食时候是观测太阳大气结构的千载难逢的良机。人类为了观测太阳，专门研制出了滤光器和日冕仪等仪器遮蔽强烈阳光。日全食的时候则是这种观测的千载良机，太阳自内而外是光球层、色球层和日冕层，正好利用月球的遮挡，把发出强光的光球层遮蔽，以更好观测色球和日冕。
当地时间8月21日，在美国肯塔基州霍普金斯维尔市，一场日全食发生时，月亮挡住了太阳，但日冕绕着月亮转。（图片来源：Veer图库）
在1919年，爱因斯坦的广义相对论正是由于爱丁顿伯爵对日全食的观测，才得以最终验证。
观测贴士
在日食出现时，借助一些专业的滤光设备，如巴德膜太阳镜，普通人也能够观测到日全食或是日环食这一壮观的天文现象。
但是要注意，千万不能裸眼直接观测日食，否则会面临视网膜被烧穿的问题，这是极度危险的行为！！
2015年3月20日的日食（图片来源：Veer图库）
结语人类对于日全食之类的天文现象的持续探索，一方面丰富了人类历史中的文化、艺术和科学事业，另一方面也代表着人类对于大自然的极度热爱，和对万物规律的永恒好奇和敬畏。
作者: 董志川
作者单位：中国科学院南京天文光学技术研究所
