01 / WHY ROUND
光斑是太阳的形状,不是缝隙的形状
叶片之间的缝隙有三角形的,也有细长的。但地面上的光斑却都是圆的。这里被投射出来的不是缝隙的形状,而是太阳的形状。
当缝隙相对于它到地面的距离足够小时,这道缝隙就起到了小孔的作用。太阳上每一点发出的光穿过缝隙直行,在地面上形成太阳的缩小影像。太阳是圆的,所以影像也是圆的。
如果缝隙过大,或者到地面的距离过短,这个条件就不成立。此时落下的不是影像,而是缝隙形状的明亮区域。树影下的光斑有时清晰浑圆、有时模糊不清,原因就在这里。
02 / ECLIPSE
日食时,树影光斑会变成月牙
日偏食期间,太阳被月亮遮去一部分而呈月牙形。如果树影光斑确实是太阳的影像,地面的光斑也应当变成月牙形。事实正是如此。
树下满地的光斑会同时变成朝向一致的月牙。这只有在日食期间才能看到,也是一个不靠计算、用眼睛就能确认树影光斑是太阳投影像的机会。
这一观察由来已久。古希腊系《问题集》第十五卷就问过:为什么穿过方形缝隙的阳光会变成圆形,以及日食时穿过筛子、树叶或交叉手指缝隙的光为什么会在地面形成月牙形。
03 / SAFETY
绝对不要直视太阳
观察日食时不可直视太阳。即使隔着小孔也不安全:把眼睛凑到孔前看太阳,可能损伤眼睛。
安全的方法是观看投影出来的影像。只要看的是落在地面或白纸上的影像,就不构成直视太阳。观察树影光斑,正是这种投影法本身。
把相机或手机镜头对准太阳同样需要谨慎。具体的观察步骤,请遵照NASA日食指南等公共机构的指引。
04 / SAME PRINCIPLE
这与针孔相机是同一回事
树影光斑所发生的,正是小孔成像的原理本身:一个小孔、直行的光线,以及承接影像的面。不同之处只在于孔是叶隙、承接面是地面、被摄体是太阳。
在针孔相机中,孔径变大同样会使影像变柔和——这与缝隙过大时光斑模糊是同一个道理。在下面的模型中改变孔径,可以从数值和影像两方面确认这一关系。

05 / INTERACTIVE
改变缝隙,观察地面的光
可以调节叶间缝隙的大小,以及从缝隙到地面的距离。缝隙并不圆而地面的光是圆的——这一点,以及把缝隙开到多大时光就不再是圆的,都能当场确认。
INTERACTIVE / GAP SHAPE
缝隙的形状,并不是光斑的形状
常见的误解「因为孔是圆的,所以光也是圆的」
叶与叶之间的缝隙几乎都不是圆的。地面的光斑仍然是圆的,因为落在那里的不是缝隙的形状,而是太阳的样子。
缝隙上的每一点都各自形成一个太阳的像,这些像按缝隙的宽度互相错开叠加。这里把这种叠加画成:沿着太阳圆面的形状,反复盖上缝隙形状的印章。
- 太阳像的大小
- 37.0 mm
- 缝隙 ÷ 太阳像
- 0.38
- 光斑的展开(约)
- 51.0 mm
- 看起来
- 是圆的。看到的是太阳
也就是说
01缝隙小,印章也小,排布起来整体读作太阳的圆面。这就是圆形的树影光斑。
02缝隙大,印章本身也大,叠加后的整体接近缝隙本身,就不再是圆的了。
03日偏食时树影光斑变成月牙形,原因相同。投下的是太阳的样子,太阳被咬缺,光斑也随之缺。
06 / REFERENCES
