日食的时候为什么树影间的光斑成浪花状？

奋斗的小鸟

前几天有日食天象，大家可能拍了很多漂亮的照片，表妹小狐狸拍到了地上不一样的光影，并琢磨这是怎么回事儿。


挑一张照片，我们再仔细看一看。


画红圈处像不像一个月牙？或者说是日偏食过程中太阳的形状？没错，它就是当时太阳在地上成的一个像。我只圈了一个，你一定看到满地都是小月牙了吧？很多个月牙状的像叠加，形成了小狐狸所说的“波浪状的光影”。


天上的太阳怎么会在地上成像了呢？
为了解释这个现象，我们先学习/复习一个知识点：小孔成像。
我国古代的墨子和他的学生，做了世界上第一个小孔成倒像的实验。《墨经》中这样纪录了小孔成像：
“景到，在午有端，与景长。说在端。”
“景。光之人，煦若射，下者之人也高；高者之人也下。足蔽下光，故成景于上；首蔽上光，故成景于下。在远近有端，与于光，故景库内也。”
大意是在一间黑暗的小屋朝阳的墙上开一个小孔，人对着小孔站在屋外，屋里相对的墙上就出现了一个倒立的人影。光穿过小孔如射箭一样，是直线行进的，人的足部遮住了下面的光，成影在上边，人的头部遮住了上面的光，成影在下边，就形成了倒立的影像。这是对光沿直线传播的第一次科学解释。


墨子的小孔成像实验做起来不简易，我上学的时候，物理老师重点讲解并演示的实验所用装置为：蜡烛，小孔和屏幕。


把蜡烛的火焰看成是由许多小发光点组成的，每个发光点都向四面八方发射着光。总会有一小束光，笔直地穿过小孔，在白纸上形成一个小光斑。烛焰上的每一个发光点都会在白纸上形成一个对应的光斑，全部光斑在白纸上就组成了一个烛焰的像。
烛焰上部发的光沿直线通过小孔，照在白纸的下部；烛焰下部发出的光，通过小孔，照在白纸的上部，所以在白纸上形成一个倒立的像。这个像看得见摸得着，是实像。
当孔比较小的时候，物的不同部分发出的光线会到达屏幕的不同的部分，而不会在屏幕上相互重叠，所以屏幕上的像就会比较清晰。如果改变孔的形状（比如用黑纸挡住小孔的一部分），对所成像的形状没有影响。
我们回到本文开头的问题，小狐狸拍照的地方大约是有棵树，树叶的间隙就是天然的小孔，太阳发出的光通过树叶的间隙到达地面，形成了一个太阳的像。


是的，平时，没有发生日食的时候，太阳也会通过树叶的间隙成像，不过很多人并不曾留意过那些重重叠叠的圆形的像。依稀记得物理老师给我们讲过小孔成像那天，放学后，一个少年踩着树荫下“太阳的像”回家，她看到的不再是“斑驳的树影”,而是太阳泡泡。
请大朋友小朋友思考一下，你有没有比较廉价简易的观测日食的方案？
嗯，涂黑的玻璃，CT底片……自制日食眼镜，不过观看时间不宜长。
利用凸透镜成像的话，安全性差，火灾或者灼伤都有可能，不推荐，特别是小朋友。
打一盆水，加上墨汁是个不错的主意。这样我们可以低头看日食了，这种方法看到的是镜像，是正的虚像。


在树荫下当然可以，想更清晰一些的话，可以试试在一个黑箱上打个孔。


想更有童趣的话，可以在有造型的纸上打孔，比如这个小猪佩奇。


想表白诉衷情的话，小孔的排列或许可以帮你，每一个小孔都是一份狗粮，管够。


写这些是想帮诸位巩固强化一下知识点，绝对没有辅助提升撩妹/哥段位的意思，绝对没有。
这篇小文回避了一个问题，小孔的尺寸并不是任意的，太大或者太小都不能成像，大朋友如果还记得一些高中的物理知识，能回答为什么吗？小朋友试试分析下，为什么太大了不行。
竟然是个开放式的结尾哈，现在新开的公众号不能留言，所以这个坑我以后来填。
感谢小狐狸提供的部分照片，你没有忽略无意中看到的影像，并记录下来思考……值得点赞～～……
<hr/>文章转自表姐公众号“爱科学学科学”的首发，如果感兴趣的请挪步关注，表姐从小一学霸，读到南京大学博士后，现任教于南大物理学系。
做为理科爱好者的文科生，我很好奇“为什么太阳的成像这么小巧？”，于是我利用光线直线传播的原理，在纸上画了画，原来是因为太阳距离树叶的间隙（小孔）太远了，所以在地面成的影像就自然被缩小了。（下图一目了然）



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