2020年6月21日，一场多年难得一遇的“金边日食”，引起了国人的关注。对于我们普通民众，可能没有专业设备，但是大家采用各种方法观测日食：有的在纸盒上打孔，做成简易太阳观测眼镜；有的举起家里的漏勺，利用小孔成像的原理观测；还有的用望远镜套上太阳滤光镜，采取凸透镜成像的原理观测。可谓八仙过海各显其能。当然最真实的观测记录还要数镜头上安装巴德膜，利用相机拍照记录。

       作为科学教师，更是不能错过这千载难逢的饕餮盛宴。当我们把北京的日食观测记录和深圳的日食观测记录在科学教师交流群里进行对比观察的时候，有了一些有趣的发现。

       首先，我们发现，无论是北京还是深圳，看到的日食过程，都是太阳右下角开始初亏，而到左上角复圆。而且北京和深圳都是看到的日偏食。

       其次，我们通过观察还发现，北京日食食甚时太阳被遮挡的面积小，深圳日食食甚时太阳被遮挡的面积大。北京的日食发生时，太阳的亮面形成的图形形成了一个顺时针方向旋转的效果；深圳则是逆时针方向。

       北京与深圳，不同的亮面旋转效果，马上引起了老师们的极大兴趣，经过简单推理，我们发现：北京看到的是月球从西向东偏太阳中心线以下较远处斜着穿过，形成“斜下穿”的日偏食；深圳则看到的是月球从西向东偏太阳中心线以上较近处斜着穿过，形成“斜上穿”的日偏食。

       作为科学教师，平时在科学教学中经常会叮嘱学生在科学探究中要进行细致地观察，认真地比较，并在比较中找到相同与不同，进而研究产生这些现象的原因。这是学生通过科学学习而应具备的科学素养之一。因此，这种思维方式也更应成为我们科学教师的思考习惯。

       那么，又是什么原因造成北京看到“斜下穿”而深圳看到“斜上穿”呢？于是，我们在科学教师交流群里展开讨论。经过大家的交流分析做出如下解释：

       首先，我们来看日食的成因。日食是由于月球运行到地球和太阳中间，在地球上留下了月球的阴影，处在阴影区的人就会观测到日食。本次日食是日环食，由“日环食成因”这张图我们可知：处在半影区的人会观测到日偏食，处在伪本影区的人会观测到日环食。我们再来看“日食带”这张图中间红色的区域是伪本影区，也就是能够观测到“金环日食”的区域，这是一个相对来说很狭窄的日环食带；半影区则是一个相对比较宽的区域，而北京、深圳分别在日环食带的两侧，处在半影区域，所以我们都观测到日偏食。

       其次，我们来看日食发生的遮挡过程和方向。从北京、深圳两地日食的过程图来看，总体趋势上都是月球先在西边接近太阳，遮挡出阴影，造成初亏，再朝东边离开，从而形成复圆。原因在于月球的公转轨道。正是由于自西向东绕地球公转，所以各地日食带的人看到的日食都是西边初亏，而东边复圆的。

       最后，我们来讨论观测地点与日食带的位置关系问题。如图所示，北京的地理位置离日环食带较远，而深圳的地理位置离日环食带较近，所以深圳看到的日食遮挡面积会比北京大，食甚时接近日环食。这一点从2019年12月26日的那次日食的北京观测记录也能得到佐证。

       2019年北京也是观测到日偏食，被遮挡的阴影面积比2020年6月21日观测的日食阴影面积要小很多。我们再来比较两次日食的日食带图片，相比之下2019年北京距离日食带更远一些，所以被遮挡的阴影面积更小一些。

       仔细观察深圳和北京两地日偏食的过程，发现北京和深圳看到的日偏食的方位和阴影面积的差别很大。北京的日偏食是月球由西向东在太阳的小面积“斜下穿”掠过，而深圳的日偏食则月球由西向东在太阳的大面积“斜上穿”掠过。

       为什么月球会扫过太阳不同的面积呢？这是北京和深圳的经纬度差异导致的，北京就位于北半球的东八区，中心位置就是东经116°20′、北纬39°56′；而深圳经纬度是东经114°05′、北纬22°38′；所以深圳位于北京的西南面，且两地分属日食伪本影区的南北两侧，都在半影区内，且深圳比北京更加靠近伪本影区的日环食带。正是两地方位的差异，导致了在两地观测的日食图景大大不同。

       可以做一个同一时刻不同地区的日食图景的模拟实验来进行验证，选取红色气球模拟太阳，黄色塑料球模拟月球，如图所示：这是同一时刻的三个定格镜头，图1是在模拟伪本影区的人，刚好在发生日环食的那一时刻看到的日食图像；与此同时，图2是模拟在深圳的人，位于偏南地理位置看到的日偏食图像；而图3则是模拟在北京的人，位于偏北位置同时看到的日偏食图像。

       我们通过模拟实验可以看到，在伪本影区的人看到了日环食,即月球由西向东斜中穿过太阳；处在日食带南侧的人则看到日偏食，月球由西向东斜上穿过太阳；处在日食带北侧的人也看到日偏食，但看到的是月球由西向东斜下穿过太阳。这个实验很好地模拟了实际现象，证实了地理方位相对于（伪）本影区的南北及东西的差异，是导致不同地区的人看到的日食图景很不相同的主要原因。

       在这次北京、深圳日食观测的交流活动中，我们如实的记录了观测到的现象，并通过观察、比较发现了北京、深圳两地观测现象的相同与不同。我们还通过资料查询、分析的方法，在交流讨论的过程中发现了产生这些现象的原因。但是由于宇宙天体的宏观性，也有一些道理仅仅凭借空间想象很难建立正确的认知。还要借助模拟实验，帮助建构空间结构模型，利用科学概念解释事实。这次日食观测使我们这些科学教师，能像科学家一样采用科学研究的方法探索问题，是一次科学探究活动的实战历练，也给自己的学生们树立了榜样，期待以后有更多的多区域合作的天象观测和研讨。

（文章拟发表于《科学课》杂志）